電場觸發(fā)VO2薄膜相變機(jī)理研究.pdf

1、二氧化釩(VO2)作為電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的典型代表，在溫度為340K時(shí)，會發(fā)生金屬絕緣體相變(MIT)，同時(shí)晶格結(jié)構(gòu)也會發(fā)生轉(zhuǎn)變。在相變前后，其電阻率會發(fā)生3～5個(gè)量級的突變，同時(shí)由反鐵磁特性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾?，而且紅外波段的透過率也發(fā)生巨大的變化?；谝陨溪?dú)特的相變特征，VO2材料引起了人們極大的興趣，顯示出廣闊的應(yīng)用前景，比如在紅外激光防護(hù)、非制冷紅外探測、智能窗、記憶存儲以及超級電容等方面。
　　但是限制VO2應(yīng)用的一個(gè)瓶頸問題就是其高

2、于室溫的相變溫度(Tc)，因此降低二氧化釩的相變溫度對推動(dòng)其實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。目前降低二氧化釩相變溫度的方法主要有以下幾種:摻雜高價(jià)金屬元素、氫化、電場誘導(dǎo)氧空位、界面應(yīng)力、離子注入以及電壓調(diào)控等。其中高價(jià)摻雜和界面應(yīng)力雖然可以有效降低VO2的相變溫度，但是很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)控而且調(diào)控過程不可逆;VO2的氫化處理是一個(gè)可逆過程，但是氫化VO2在空氣中不夠穩(wěn)定;通過離子液體來施加電場誘導(dǎo)氧空位的產(chǎn)生很容易對晶態(tài)薄膜的質(zhì)量產(chǎn)生損傷;通過電

3、壓來調(diào)控VO2的相變溫度不僅可以連續(xù)可調(diào)，而且過程可逆，因而受到了人們廣泛的關(guān)注。
　　雖然最近幾年關(guān)于電壓調(diào)控二氧化釩相變越來越成為研究熱點(diǎn)，但是其相變調(diào)控機(jī)理一直沒有定論，電場效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)這兩種機(jī)理解釋一直存在極大爭議。因此在本論文中我們擬從一個(gè)全新的角度來解釋這個(gè)相變調(diào)控機(jī)理。另外，我們還研究了二氧化釩復(fù)合材料體系，拓展了其應(yīng)用范圍。本論文主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)利用分子束外延(OMBE)方法在藍(lán)寶石襯底上生

4、長出高質(zhì)量的二氧化釩單晶薄膜，并研究了電壓調(diào)控二氧化釩相變過程的時(shí)間特性，從熱力學(xué)平衡的角度出發(fā)，研究了電壓，局域溫度和時(shí)間這三者之間的關(guān)系，給出了焦耳熱相變機(jī)理的直接證據(jù)。
　　(2)利用OMBE方法在藍(lán)寶石襯底上制備了二氧化釩薄膜和鐵磁性材料Ni以及反鐵磁材料NiO的多層膜結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了二氧化釩的相變行為會對鐵磁材料的矯頑力產(chǎn)生影響，拓展了二氧化釩相變在電磁材料中的應(yīng)用;
　　(3)用OMBE方法在p-GaN襯底上生長二氧