氩氧比与退火温度对磁控溅射VO2薄膜结构与电学性能的影响

采用反应直流磁控溅射法,通过调控溅射过程中的氩氧比,在石英玻璃衬底上制备了氧化钒薄膜,研究了溅射气氛及后处理条件对其微结构与电学性能的影响.经450和500℃退火,薄膜中易形成VO2,而550℃退火时薄膜中会形成大量非4价的钒氧化物.薄膜在较高温度500℃下退火时结晶度增加,但薄膜颗粒之间的间隙更为明显,导致电阻率显著提高;同时其电阻率-温度曲线的热滞回线宽度较窄,在加热过程中相转变温度较高.当氩氧比中氧含量增加时,沉积的VO2薄膜中生成了少量非4价的钒氧化物.结果表明,反应磁控溅射法制备的氧化钒薄膜的微结构、电阻率、相变温度等特性与氩氧比和后退火温度密切相关.     

VO2/Al2O3复合膜系制备及其相变特性

钒的氧化物具有对温度敏感的半导体-金属可逆相变特性.在多种钒氧化合物中,VO2的相变温度点约为68℃,适用于很多应用领域.VO2长期暴露在空气中时,会被氧化.研究了通过制备VO2/Al2O3复合膜系来保持氧化钒薄膜的稳定性的方法.采用TFCalc薄膜设计软件,设计了VO2/Al2O3复合膜系.依据材料的折射率和消光系数,优化了膜系各膜层的厚度,分析了复合膜系的相变特性.采用磁控溅射方式制备了氧化钒薄膜,再通过氧氩混合气氛热处理得到VO2占主要成分的氧化钒薄膜.在氧化钒薄膜上采用射频磁控溅射方法封装了120 nm厚的Al2O3膜.利用分光光度计测量分析了膜系的相变特性,Al2O3膜对VO2膜的相变性能影响很小.Al2O3膜适于VO2薄膜的封装.     

SnO_(2)缓冲层对VO_(2)薄膜微观结构与相变性能的影响北大核心

利用电子束蒸发法在Si衬底上制备了不同厚度的SnO_(2)缓冲层,并使用磁控溅射法制备出上层氧化钒薄膜,研究了SnO_(2)缓冲层厚度对于氧化钒薄膜微观结构、相组成以及相变性能的影响。结果表明,引入具有四方金红石结构的SnO_(2)缓冲层后,上层氧化钒薄膜的结晶性变好,随着SnO_(2)缓冲层厚度的增加,沉积的氧化钒薄膜中V^(4+)含量逐渐提高,氧化钒薄膜的平均晶粒尺寸增大,成膜质量变好;相变锐度有所降低,热滞回线宽度减小。这些结果表示SnO_(2)缓冲层的引入有利于在硅衬底上生长高质量且相变性能优越的VO_(2)薄膜。     

热处理时间对氧化钒薄膜相变性能的影响

采用直流磁控溅射的方法在普通玻璃上制备了低价的氧化钒薄膜,在氧气和氩气混合气氛中,对所制备的薄膜进行不同时间的热处理,得到具有相变特性的VO2薄膜。分别利用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)分析了薄膜的组分、结晶结构和表面形貌,利用四探针法测试了薄膜的电阻。结果表明:热处理前的氧化钒薄膜主要成分为V2O3,经过热氧化处理后,低价的氧化钒被氧化,薄膜中VO2含量增加,薄膜发生金属-半导体相变,其中450℃、2h为最佳处理参数,其电阻相变幅度超过2个数量级,薄膜的相变温度仅为30℃。     

氧化钒薄膜的制备及其光电特性研究

采用一种新工艺在Si和Si3 N4衬底上制备了性能优良的氧化钒薄膜 ,并对其微观结构和光电特性进行了研究。测试结果表明采用新工艺所制备的氧化钒薄膜在相变前后电阻率变化达到 3个数量级 ,红外透过率在相变前后改变达到 6 0 %。     

室温相变氧化钒薄膜的制备及其CO2激光毁伤试验

军事目标的抗强激光毁伤是亟待解决的热点难点问题,利用氧化钒的相变特性进行激光防护是当前这一领域的热点之一。本文采用直流磁控溅射加后续热处理的方法在普通玻璃基底上制备了氧化钒薄膜,通过测量其电阻温度特性曲线来观测其相变特性,并利用功率为8.9 W、光斑直径为4.4 mm的二氧化碳连续激光分别照射用作基底的普通玻璃和制备的相变氧化钒薄膜样品进行激光毁伤试验。试验数据显示该薄膜的相变温度约为30°C,薄膜的双向光谱反射率在相变前后分别为13.48%和76.4%,用作基底的玻璃在激光照射7.5 s后破碎,而制备的薄膜样品在照射38 s后才破碎。这表明本文制备的室温相变氧化钒薄膜在相变后具有高反射特性,从而具有一定的抗强激光毁伤能力。     

溅射时间对氧化钒薄膜光学特性的影响

我们在玻璃衬底上用磁控溅射的方法以不同的溅射时间(15、20、25、30 min)沉积了氧化钒薄膜,我们发现随着溅射时间的增加,氧化钒薄膜的红外透过率的改变量可高达58％,氧化钒薄膜的相变温度从66℃减下到50℃,从薄膜的X射线衍射图中,我们可以看出,随着溅射时间的延长,V02(100)峰出现.     

高调制度光致相变特性氧化钒薄膜太赫兹时域频谱研究

基于太赫兹(THz)时域频谱技术研究了飞秒激光激发下氧化钒纳米薄膜的光致绝缘体-金属相变特性。利用直流磁控溅射法在不同条件下制备了一系列蓝宝石基底上的氧化钒薄膜,通过测量薄膜发生光致相变后太赫兹波的透射率来评估成膜质量,得出在溅射时间60min不变的情况下,退火时间和退火温度分别为60s和560℃时可以得到性能非常良好的氧化钒薄膜。在上述最佳条件下制备的氧化钒薄膜的相变深度可达80%。利用薄膜近似计算了太赫兹波段氧化钒薄膜在光致相变过程中电导率的变化,计算结果表明电导率实部在103Ω-1·cm-1量级,并基于Drude模型得到了金属态氧化钒薄膜的复介电常数以及复折射率。在绝缘衬底上制备的具有明显阈值激发功率且相变深度大的氧化钒薄膜将在太赫兹调制器件中有重要应用。     

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.     

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。     

(1-x)CaTiO_3-x(Li_(1/2)Ln_(1/2))TiO_3高介微波介质陶瓷

研究了烧结温度、组成和稀土元素对(1-x)CaTiO_3-x(Li_(1/2)Ln_(1/2))TiO_3(x=0.3、0.5(摩尔分数); Ln=La、Nd、Sm)微波介质陶瓷的晶体结构和微波介电性能的影响.X-射线衍射(XRD)分析表明,除(1-x)CaTiO_3-x(Li_(1/2)Ln_(1/2))TiO_3(x=0.5,Ln=Nd)陶瓷中含有少量Nd_2Ti_2O_7外,其余陶瓷均形成了单一的正交钙钛矿相.x=0.5的样品微波介电性能明显优于相应的x=0.3的样品.(1-x)CaTiO_3-x(Li_(1/2)Ln_(1/2))TiO_3(x=0.5)陶瓷微波介电性能:介电常数ε=160,品质因数与频率之积Qf =1 200 GHz,频率温度系数τ_f=-97×10~(-6)/℃(Ln=La);ε=129,Qf=2 000 GHz,τ_f=-52×10~(-6)/℃(Ln=Nd);ε=118,Qf=2 305 GHz,τ_f=-45×10~(-6)/℃(Ln=Sm).     

快速热处理对磁控溅射VO2薄膜光电特性的影响

采用反应磁控溅射法制备二氧化钒(VO2)薄膜,并对其进行快速热处理(RTP)。主要研究500℃快速热处理10、15、20s工艺条件下VO2薄膜结晶状况和光电性能的变化。在20℃～80℃温区内,应用四探针薄膜电阻测试方法和太赫兹时域频谱技术(THz-TDS)测量了各样品的电学相变特性和光学相变特性。结果表明,经过快速热处理的样品电学相变幅度均达到了2个数量级以上;THz波的透射率在半导体-金属相变前后的最大变化达到了57.9%。同时发现,热处理500℃,10s时VO2的电学和光学相变幅度相对要大,当热处理时间达到15s左右时薄膜的相变幅度变化不再明显。快速热处理时间的长短对热致相变温度点的影响较小,但热致电学相变和光学相变的相变温度点不同:光学相变的温度为60℃左右,电学相变温度则在56℃附近。     

Nd_(0.5)Sr_(0.5)Co_(1-x)Mn_xO_3的晶体结构和电磁性能研究

采用固相反应法制备了Nd0.5Sr0.5Co1–xMnxO3多晶样品(0≤x≤1)。利用X射线衍射仪和Rietveld方法精修程序分析了样品的晶体结构;对样品的磁性和电输运性能进行了测量。结果表明:样品均为斜方晶系单相结构,空间群为Imma。样品的晶格常数a、b、c,晶格平均扭曲率D和有效磁矩μeff随着Mn含量x的增加而增大,促使Co离子向高自旋态转变。在x≥0.6时,样品中Co离子都处于高自旋态。在样品中,Mn替代了Co,Mn—O—Co的反铁磁性超交换作用与Co3+—O2–—Co4+的铁磁性双交换作用相互竞争破坏了样品的金属导电行为,致使当x≥0.2时,样品表现出半导体导电行为。     

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。     

云母表面不同厚度VO2薄膜的红外光学特性

以天然白云母的解理面为基底,采用无机溶胶-凝胶法在其表面制备不同厚度的VO2薄膜,并研究了厚度对VO2薄膜的微观结构和红外光学特性的影响.利用SEM、XRD等手段分析了薄膜的表面形貌和晶体结构,利用原位FTlR分析了VO2薄膜半导体-金属相变特性.结果表明,云母表面VO2薄膜室温下具有(011)择优生长取向,随着厚度增...     

准同型相界附近PMN-PT材料的制备和性能

对铁电菱方(FR)-铁电四方(FT)准同型相界附近的铌镁酸铅(PMN)-钛酸铅(PT)材料制备方法和介电、压电和热释电性能进行了系统的研究：     

氧化热处理对VO2薄膜特性的影响研究

采用直流磁控溅射法,结合氧化法热处理在硅基底上制备VO2薄膜,通过SEM、XRD、XPS、FTIR红外透射率等测试,从多角度分析了氧化热处理对VO2薄膜截面结构、晶相成分、成分价态、红外透射率相变特性的影响。实验分析表明,采用直流磁控溅射与氧化热处理相结合的方法,可获得主要成分为具有明显择优取向单斜金红石结构VO2(011)晶体的氧化钒薄膜,氧化热处理有利于VO2晶粒生长并增加薄膜致密性,同时其红外透射率具有明显相变特性,相变温度为60.5 ℃,3~5 m、8~12 m波段的红外透射率对比值达到99.5%,实现了对红外波段辐射的开关功能,适合应用于红外探测器的激光防护研究,同时可为深入研究对薄膜的氧化热处理提供参考依据。     

不同物相二氧化钒间的相互转化及其相变性能研究

利用乙醇还原[VO(O2)2]-配合离子可以成功制备出VO2(B)纳米带;考察了VO2(B)在煅烧和水热条件下转化其它物相VO2的条件.结果表明,在惰性氛围中,VO2(B)在700℃的条件下煅烧2 h可以转化为VO2(M);在水热条件下,如果体系中无掺杂剂,VO2(B)可以转化成VO2(A);如果体系中存在掺杂剂(如钼酸),则VO2(B)转化为掺杂的VO2(M).在一步水热法制备VO2(M)过程中,选择掺杂剂是至关重要的,掺杂剂有利于形成掺杂VO2(M),使VO2(M)在水热条件下能够稳定存在.VO2(A)在惰性氛围中煅烧,发现VO2(A)也可以转化为VO2(M).不同物相VO2具有均一的带状形貌,初步探讨了VO2之间的转化机理.VO2(A)的相变温度为162.4℃;Mo掺杂VO2(M)的相变温度为53.7℃,说明掺杂Mo原子可以有效降低VO2(M)的相变温度,也表明Mo原子可以有效地进入VO2(M)晶格中.     

Effect of the Structure and Valence State on the Properties of VO2 Thin Films

VO2 thin films with good switching properties were prepared by controlling the annealing time and the annealing temperature in a vacuum system.The structural,optical and electrical properties of the samples were cahracterized by using XRD,XPS,UV-VIS and electrical measurements.The witching parameters of VO2 thin film were investigated too.The results indicate that before and after phase transition the resistance of VO2 thin films changes aobut three orders of magnitude,the variation of film transmittance of 40% has been carried out with the absorptivity switching velocity of about 0.2607/min at 900 nm.The structural property of samples has been improved but the phase-transition properties have been decreased by increasing the annealing time and annealing temperature.The valence of V ions and the structure of samples have great effect on phase transition properties of VO2 thin films.Discussion on the effecs of annealing time and annealing temperature on the phase-transition temperature and hysteresis width shows that the best reasonable annealing tiem and annealing temperatre can be achieved.     

退火工艺对微波等离子制备氮杂二氧化钒的影响

选用V_2O_5为前驱物,通过在玻璃片上镀膜,利用高纯氢作为气源、高纯氮作为掺杂物,采用微波等离子体增强法,在低温条件下合成了具有优良热致相变特性的氮杂二氧化钒(VO_(2-x)N_y)薄膜.经过退火工艺的处理,采用XRD、SEM、AFM和相变温度测试对样品进行表征,结果表明:退火后VO_(2-x)N_y薄膜的表面没有太大的变化,但是退火后样品表面有裂纹出现,薄膜的晶体颗粒大小呈现正态分布,颗粒尺寸较均匀.退火有利于增加其纯度,改善样品结晶度,晶体尺寸长大,并且样品的相变温度降低,幅度约为8℃.

Abstract：

Using V_2O_5 as molecular precursors, high pure hydrogen as the gass supply and high pure nitrogen as adulterant, VO_(2-x)N_y thin films with good thermal induced phase transition property were fabricated by synthesized at low temperature with microwave Plasma enhanced technology through coating films on glass slice. The yielded samples were characterized by X-ray Diffraction (XRD), SEM,AFM and transformation temperature test. The results show that after annealling, the surfaces of VO_(2-x)N_y films do not have obvious change, while there are cracks appearing on the surfaces of the samples, the grains of thin films present normal distribution, and the dimension is quite uniform. Annealling can enhance the purity and advance the crystallinity of the thin films, meanwhile, the dimension of crystal grows up and the phase transition temperature of the samples decreases with a range of 8 ℃.