VO2熱致相變材料薄膜制備及性能研究.pdf

1、二氧化釩(VO2)是一種具有熱致相變性質(zhì)的金屬氧化物。大約在68℃附近，會(huì)發(fā)生金屬-絕緣體相變。由于其相變溫度接近室溫且相變前后光、電性能變化幅度較大，在紅外探測器、光儲(chǔ)存、光開關(guān)、智能窗領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　 本文使用脈沖激光沉積方法，以高純度金屬釩作為濺射靶材，通過嘗試不同的工藝參數(shù)，在r-Al2O3襯底上生長得到單晶VO2薄膜;以及在SiO2襯底上生長得到多晶VO2薄膜。實(shí)驗(yàn)研究和分析表明，要想得到高質(zhì)量的薄膜，襯底溫

2、度、氧氣壓強(qiáng)和后退火時(shí)間是關(guān)鍵工藝參數(shù)。薄膜質(zhì)量是通過其相變性能測試來確定的，使用四探針法在加熱平臺(tái)上測量了薄膜相變前后電學(xué)性能。在r-Al2O3襯底上生長單晶外延VO2薄膜相變前后電阻率變化可以達(dá)到104數(shù)量級(jí)。而在SiO2襯底上生長的多晶VO2薄膜相變前后電阻率變化可以接近103數(shù)量級(jí)。采用自制的加熱平臺(tái)配合可見光及紅外分光光度計(jì)測量薄膜不同溫度下的光學(xué)性能。單晶的VO2薄膜在加熱至67℃時(shí)，薄膜的透射率在700nm處發(fā)生了8％的變

3、化。而多晶VO2薄膜在波長為700nm處有透射率變化1％，但金屬相多晶VO2薄膜波長為700nm處透射率值為0.1％，金屬相與絕緣相透射率比值在10倍以上。
　　 我們使用脈沖激光沉積方法在SiO2基片上制備了TiO2/VO2/SiO2復(fù)合薄膜，該復(fù)合薄膜相變前后在可見光區(qū)具有高對(duì)比度，可應(yīng)用在新型非制冷紅外探測器上。其中TiO2層以金屬鈦靶作為濺射源，生長氣壓為3Pa。測量復(fù)合薄膜在400-1700nm波長的透射率，VO2/S

4、iO2薄膜λ=630nm處20℃和100℃下的透射率分別是35.7％、42％，變化了6.3％。TiO2/VO2/SiO2薄膜λ=630nm處20℃和100℃下的透射率分別為34.9％、52.1％，變化了17.2％。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果使得一種新型的紅外探測器的設(shè)計(jì)思想得到應(yīng)用，使用λ=630nm的激光（波長位于可見光范圍內(nèi)）作為寫入激光，同時(shí)令TiO2/VO2/SiO2薄膜處于臨界相變的狀態(tài)。而一旦有紅外光線照射進(jìn)入探測器，紅外熱輻射會(huì)使得VO