具有熱致和光致相變的VOx薄膜的制備及其特性研究.pdf

1、釩氧化物的相變特性于半個(gè)世紀(jì)前被貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員所發(fā)現(xiàn)。在這些釩氧化物中,二氧化釩(VO2)在68℃附近會(huì)發(fā)生可逆的一級(jí)金屬-絕緣相變,其電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等特性發(fā)生極大變化。因此其被廣泛研究應(yīng)用于太赫茲器件、光電開關(guān)、相變存儲(chǔ)器、智能窗、微熱輻射熱計(jì)等領(lǐng)域中。
　　二氧化釩薄膜材料由于制備方法不同,其相變性能諸如相變溫度、幅度、熱致寬度、THz透射比會(huì)有很大的變化。加之制備純度高的VO2薄膜較為困難,一般都會(huì)形成混有V3+、V

2、5+等釩氧化物的氧化釩(VOx)薄膜。為了使VOx薄膜具有更好的性能,通常會(huì)設(shè)法提高薄膜中VO2的含量以及改善薄膜的結(jié)晶狀態(tài)。
　　本文利用磁控濺射附加快速熱處理方法(RTP)在R面藍(lán)寶石基底上制備VOx薄膜,并利用四探針設(shè)備和太赫茲時(shí)域頻譜系統(tǒng)(THz-TDS)研究了所制備薄膜相變過程中的電學(xué)和太赫茲波段的光學(xué)特性。利用X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)和原子力顯微鏡(AFM)對(duì)薄膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、組成成分和表面形貌

3、進(jìn)行分析。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,厚度為70nm的金屬釩薄膜在純氧氣氛中進(jìn)行熱處理后,隨著熱處理溫度的提高或熱處理時(shí)間的增加,VOx薄膜的價(jià)態(tài)升高,常溫下薄膜方塊電阻和 THz透過率變大,同時(shí)薄膜表面顆粒發(fā)生團(tuán)聚而不斷增大,表面粗糙度增加。其中在純氧氣環(huán)境下以450℃/60s退火后形成的VOx薄膜相變性能最佳,薄膜方塊電阻相變后降低2.2個(gè)數(shù)量級(jí),THz透射幅值在熱激勵(lì)和光激勵(lì)下分別降低18％和14%。進(jìn)行氮?dú)?50℃/40s熱處理改