氧化釩薄膜的制備及其太赫茲波段相變性能的研究.pdf

1、二氧化釩（VO2）薄膜在太赫茲波段具有良好的熱致半導(dǎo)體-金屬相變（MIT）性能，在光學(xué)調(diào)制、開(kāi)關(guān)、存儲(chǔ)材料等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。較低的溫度下，VO2薄膜呈絕緣相，對(duì) THz波基本無(wú)吸收和色散作用，太赫茲透過(guò)率較高。但是隨著溫度升高超過(guò)相變溫度后，VO2薄膜呈金屬相，薄膜的太赫茲透過(guò)率急劇的減小。我們可以通過(guò)熱、光、電等外部激勵(lì)信號(hào)控制氧化釩薄膜的相變，使太赫茲波處于透過(guò)和不透過(guò)的兩種不同狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的調(diào)制。
　　VO2薄

2、膜在THz波段的相變特性，為研究和制備超高速、高調(diào)制深度并能在室溫附近工作的THz調(diào)制器件，填補(bǔ)THz波段缺乏調(diào)控材料和器件的缺陷，促進(jìn)THz波段器件的實(shí)際應(yīng)用具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　為了實(shí)現(xiàn)氧化釩薄膜在太赫茲調(diào)制器件上的應(yīng)用，要求氧化釩薄膜具有好的穩(wěn)定性和可靠性、高的響應(yīng)率和效率，VO2應(yīng)滿足四個(gè)方面的性能要求：（1）半導(dǎo)體態(tài)具有較高的太赫茲透過(guò)率；（2）較大的太赫茲調(diào)制深度；（3）較小的回線寬度；（4）較低的相變溫

3、度。
　　本論文主要圍繞制備良好太赫茲調(diào)制性能的氧化釩薄膜展開(kāi)，立足現(xiàn)階段缺乏高調(diào)制幅度的氧化釩薄膜為基點(diǎn)，開(kāi)展了以下兩部分工作：
　?。?）在高阻 Si（100）襯底上，利用直流反應(yīng)磁控濺射法制備相變氧化釩薄膜，探究工藝參數(shù)（反應(yīng)氧流量和濺射電流）對(duì)氧化釩MIT性能的影響。在探究工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)靶表面狀態(tài)的不同也影響著氧化釩的性能，尤其是太赫茲波段的調(diào)制深度。進(jìn)而探究靶表面狀態(tài)對(duì)氧化釩薄膜太赫茲調(diào)制深度的影響，在平整

4、靶表面狀態(tài)下制備了在4.8~6THz波段室溫太赫茲透過(guò)率約為87％，高溫太赫茲透過(guò)率約為6%，平均調(diào)制深度為93%的氧化釩薄膜。
　?。?）在平整靶表面狀態(tài)下制備的氧化釩薄膜，雖然在4.8~6THz波段具有高調(diào)制深度，但是該薄膜回線寬度較寬（12.4℃），相變溫度較高（67.5℃），不能完全滿足氧化釩薄膜應(yīng)用到太赫茲器件的四個(gè)性能要求，所以采用貼片法摻雜（Mo和W）來(lái)降低薄膜的回線寬度和相變溫度。在保持優(yōu)良太赫茲調(diào)制深度（4.8~