二氧化钒多晶薄膜的掺杂改性

掺杂能明显改变二氧化钒薄膜的相变温度,影响其电学和光学性质。研究表明：W、Mo等大尺寸原子掺杂可以有效降低相变温度,而Al、P等小尺寸原子掺杂则使相变温度升高。综述、比较了不同掺杂方法和掺杂元素对相变、相变滞豫、电阻和透射性能的影响,介绍了用离子束增强沉积方法对二氧化钒薄膜掺杂改性的优点。综合分析表明,通过对二氧化钒多晶薄膜的掺杂改性,将相变温度降至室温附近,可以大大提高薄膜的室温电阻温度系数。     

Mg和V2O5共溅射制备+4价钒的氧化物薄膜

在常温、高真空条件下,采用高纯金属镁靶和V₂O₅靶进行共溅射,利用镁原子的还原性,将+5价的钒还原为+4价,在硅衬底上制备钒的氧化物薄膜。当Mg和V的原子比为1:2时,XPS测试表明薄膜中有V4+和V2+存在。X射线衍射结果显示,制备的薄膜主要成分是MgV₂O₅,且结晶状况良好。温度-电阻率测试结果显示,薄膜在20℃附近有相变行为,电阻温度系数高达－8.6%/K,回线弛豫温度约为0.3℃,负温度系数热敏电阻材料常数高达6700。这一发现为制备非制冷焦平面探测用的热敏薄膜材料提供了新的思路。     

退火对IBED氧化钒薄膜结构和性能的影响

对离子束增强沉积(IBED)氧化钒薄膜作不同条件的退火，用X射线衍射分析薄膜的晶体结构；用电阻．温度测试分析了薄膜的热电阻温度系数。实验发现，沉积薄膜存在一个形成二氧化钒结构的临界结晶温度，该温度随薄膜制备时离子束增强沉积条件的不同而改变。退火温度低于临界结晶温度时，很难使薄膜结晶成二氧化钒结构；高于临界温度较多的退火或形成VO2结构后再长时间退火，都会使VO2多晶薄膜中的钒分解降价，使薄膜的结构退化、性能变差。IBED多晶VO2薄膜在室温附近的电阻温度系数可达到4％／K以上。     

隧道穿透对Sol-gel多晶二氧化钒薄膜电阻率的影响模拟

在多晶薄膜晶粒一晶界两相结构模型的基础上，考虑载流子对晶粒间界势垒区的隧穿机制，在10℃-100℃的温度范围内，模拟了Sol-gel多晶二氧化钒薄膜电阻率随温度的变化，模拟结果与实验结果有较好的吻合．模拟结果显示，二氧化钒多晶薄膜的晶界效应限制了薄膜相变时电阻率的变化，并使薄膜在金属相时呈现负的温度系数．     

二氧化钒在红外自适应隐身技术中的应用

二氧化钒(VO2)是一种热致可逆相变氧化物,在约68℃时发生由半导体态向金属态的一级位移型相变,同时伴随着显著的电学、磁学、光学特性的变化,且相变温度可通过掺杂调节。制备了二氧化钒粉体和薄膜材料,分别研究了两种材料的热致红外发射率变化特性;采用热像仪拍摄了二氧化钒涂层和薄膜不同温度的红外热图,探讨了其在隐身技术中的应用。结果表明:二氧化钒涂层和薄膜在相变前后具有主动控制自身辐射强度的特性,在红外自适应隐身技术中具有一定的应用前景。     

二氧化钒薄膜制备及其热致变发射率特性研究

通过溶胶-凝胶和真空热处理工艺在石英基底上制备了二氧化钒薄膜,对制备出的薄膜进行了X射线衍射及X射线光电子能谱分析,结果表明所制备出的薄膜价态单一,纯度较高,薄膜为多晶态,晶粒尺寸约为27 nm.利用红外热像仪拍摄了薄膜在不同温度下的红外热图并计算了发射率,结果表明二氧化钒薄膜7.5～14 μm波段发射率在相变时发生突变,突变量可达0.6,具有优异的热致变发射率性能,在红外自适应伪装等领域应用前景广阔.     

利用同步测量研究二氧化钒薄膜的电学与光学相变特性

利用射频磁控溅射方法在蓝宝石衬底上制备了氧化钒薄膜,X射线衍射的测量结果表明薄膜的主要成分是多晶二氧化钒.实现了二氧化钒薄膜半导体-金属相变过程的电阻和五个不同波长下薄膜反射率的同步测量.实验结果表明,电学和光学测量都在相变过程中出现回滞曲线,但是二者的表现形式有明显差别.当用光学方法探测时,同一次相变过程中不同区域的反射率曲线几乎完全重合,证明了薄膜样品的均匀性.     

不同升温热处理方式二氧化钒薄膜的制备与光学相变性能

采用双离子束溅射方法制备氧化钒薄膜,分别利用常规和快速两种升温方式对氧化钒薄膜进行热处理,利用傅里叶变换红外光谱技术对热处理后氧化钒薄膜的变温光学透射性能进行测试,并对5μm波长处透过率随温度的变化曲线进行相变特性分析.实验结果表明,经过常规和快速升温热处理后均获得了二氧化钒薄膜;快速升温热处理后得到的薄膜中二氧化钒晶粒较小,尺寸分布均匀;而常规升温热处理后的二氧化钒薄膜中晶粒尺寸分布较宽、常规和快速升温热处理后,氧化钒薄膜的光透过率均存在可逆突变特性,变化幅度均超过60%.相变性能分析结果表明,快速升温热处理获得的二氧化钒薄膜相变持续的温度宽度较大,光学相变温度为63.74℃,高于常规升温热处理的60.31℃.     

掺杂氧化钒薄膜的制备及其热光特性

以石英片为基底材料,采用直流/射频磁控共溅射方法制备了掺Al和掺Ti的氧化钒薄膜,重点探索了用这种方法制备掺杂氧化钒薄膜的工艺条件,对所制备的氧化钒薄膜进行了热光性能测试,并利用能带理论对测试结果进行分析.实验及测试结果表明,在氧化钒薄膜中掺入Ti杂质与掺入Al杂质相比,对薄膜的热光性质的改变所起的作用更为明显.增大Ti杂质的含量对薄膜的电阻-温度特性、相变温度,以及相变滞豫区的改善比较明显,但提高了薄膜的相变温度,而掺Al引起的变化规律与此相反.     

ZnSe基片上制备二氧化钒薄膜及退火改变组分研究

VO2作为相变材料在激光防护领域有着广阔的应用前景,为了提高透过率,采用在红外波段透过率为70%的ZnSe做基片,用磁控溅射法制备了VO2薄膜.对不同条件下制备的VO2薄膜用X射线电子能谱仪(XPS)测试,并通过拟合来得到VO,V2O3,VO2和V2O5在薄膜中所占的比例.为提高4价钒的含量对薄膜进行了退火处理,根据薄膜中的钒氧的比例,采用了充氧加热退火,退火时间4 h,退火温度450℃,退火真空度2.5×10-2Pa,氧气流量6.5 sccm.4价钒含量提高到了接近60%,分析了退火对氧化钒薄膜中4价钒含量的影响.     

离子束增强沉积VO2多晶薄膜的成膜机理

用离子束增强沉积制备高性能VO2薄膜，在溅射V2O5粉末靶的同时，用氩、氢混合束对沉积膜作高剂量离子注入，然后经500℃以上的退火，获得热电阻温度系数(TCR)高达4％的VO2薄膜。成膜机理是：利用高剂量氩离子注入的损伤效应使V2O5的V—O键断裂；利用注入氢的还原效应将V2O5转换成VO2薄膜；利用混合效应使界面结合牢固、薄膜结构均匀；利用掺杂效应，使氩出现在晶格的间隙位置，产生张应力，降低了薄膜的转换温度；利用轰击效应使薄膜致密，降低了氧空位，减小了晶界宽度，提高了其TCR。     

磁控溅射结合快速热处理制备相变氧化钒薄膜

采用直流对靶磁控溅射结合快速热处理工艺制备了具有金属-半导体相变特性的氧化钒(VOx)薄膜。利用XRD,XPS和SEM对薄膜结晶结构、薄膜中V的价态与组分及表面微观形貌进行分析,利用四探针测试法及太赫兹时域频谱系统对薄膜的电学和光学特性进行测量。结果表明:新制备VOx薄膜以非晶态V2O5为主;350℃,30 s快速热处理后,薄膜中V的整体价态降低,表面颗粒分布更加致密;500℃,30 s快速热处理后,薄膜中VO2(002)向单斜结构的VO2(011)转变,VO2(011)占主要成分,薄膜显示出明显的金属-半导体相变特性,方块电阻下降达到3个数量级,太赫兹透过率下降接近70%,热致相变性能良好。     

离子束溅射氧化钽薄膜光学特性的热处理效应

主要研究了离子束溅射制备的氧化钽薄膜在大气氛围下热处理对其光学特性的影响规律。实验中热处理温度范围的选择为150~550℃,间隔为200℃。研究中分别采用介电常数的Cody-Lorentz色散模型和振子模型对氧化钽薄膜的能带特性（1~4 eV）和红外波段（400~4 000 cm-1）的微结构振动特性进行了表征。研究结果表明,在150℃和350℃之间出现热处理温度转折点,即热处理温度高于此值时消光系数增加。Urbach能量的变化与消光系数趋势相同,而禁带宽度的变化与消光系数恰好相反。通过红外微结构振动特性分析,薄膜中仍存在亚氧化物的化学计量缺陷。     

BiVO_4对Ta改性Ba_3Ti_5Nb_6O_(28)陶瓷烧结和介电性能的影响

采用传统固相反应法制备了BiVO_4掺杂的Ba_3Ti_5Nb_(5.84)Ta_(0.16)O_(28)陶瓷,研究了所制陶瓷的烧结性能、介电性能以及结构。BiVO_4的添加使Ba_3Ti_5Nb_(5.84)Ta_(0.16)O_(28)陶瓷的烧结温度从1275℃显著降低到了900℃,介电常数及介电损耗略有提高。其中,掺杂有5.0%(质量分数)BiVO_4的Ba_3Ti_5Nb_(5.84)Ta_(0.16)O_(28)陶瓷在950℃保温烧结3h后具有较好的微波介电性能:ε_r=31.5,Q·f=4338GHz,τf=36.2×10~(–6)/℃。     

真空度对VO2(B)型薄膜制备及光电特性的影响

对不同真空度下得到的VO2(B)型薄膜的结品状况、组分、电学性质 和光学性质进行测试和分析,以探讨退火真空度对VO2(B)型薄膜的影响.以高纯五氧化二钒(V2O3)粉末(纯度高于99.99%,质量分数)为原料,采用真 空蒸发——还原工艺,分别在高、低真空度下还原出VO2(B)型(空间群为C2m)薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪,X射线光电子能谱仪(XPS),电阻温度关系(TCR)测试仪和紫外可见分光光度计对薄膜进行测试,讨论了退火真空度对VO2(B)刑薄膜的结品状况、组分、电学性质和光学性质的影响.结果显示,在高、低真空度下退火,VO2(B)型薄膜出现的温度范围是不同的,在低真空度下退火出现的范围在400～480℃,而在高真空度下退火出现的范围只有400～440 C;高真空度退火得到薄膜的晶粒较大,透过率较低真空度得到的薄膜高7%～8%;但在低真空度下退火,薄膜中的V更易被还原,电阻温度系数绝对值更大,最大可达-2.4%/K.     

制备工艺对氧化钒薄膜微观结构的影响

为了研究制备工艺对氧化钒薄膜微观结构的影响,采用X射线衍射和扫描电镜,对用sol-gel法制作的、不同热处理条件下的硅基氧化钒薄膜之结构及形貌进行了分析。结果表明,470℃下制作出的有种子层薄膜无裂纹、致密性好、晶粒尺寸分布均匀,在此温度下热处理4 h得到的有种子层氧化钒薄膜V2O5相最纯,衍射峰最强,而提高热处理温度会导致晶向杂乱,V2O5相的衍射峰强度降低,使得VO2相增多。     

SBT铁电薄膜及其脉冲准分子激光制备

采用脉冲准分子激光沉积法在Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ衬底上成功地制备了ＳＢＴ铁电薄膜，发现存在一个最佳沉积衬底温度约为４５０℃。在该温度下沉积的ＳＢＴ薄膜具有较饱和的方形电滞回线，其剩余极化Ｐｒ和矫顽电场Ｅｃ分别为８．４μＣ／ｃｍ２和５７ｋＶ／ｃｍ。