低温热致变色VO2薄膜的制备及应用

提出了一种制备低温热致变色VO2新型薄膜材料的工艺方法。在玻璃基底的Si3N4薄膜上溅射沉积VOx薄膜，再经还原性气氛退火，最终得到了nm量级的VO2颗粒。四探针测试电阻温度关系表明，该类材料相变温度已经靠近室温。不同温度下测试的红外透过曲线表明，该材料在相变前后有良好的红外开关特性，能够在智能窗等各类光电产品中获得应用。     

相变型VO2薄膜的制备及其特性的研究

利用反应离子束溅射和后退火工艺制备一种新的相变型VO2薄膜,对该薄膜进行电学测试、XRD和光学透过率的测试。这种工艺制备出的相变型VO2薄膜相变温度更接近室温,XRD显示这种薄膜中有VO2、V2O5成分的存在。对这种薄膜的光学透过率测试表明,低温下薄膜的透过率是高温下薄膜透过率的近5倍。通过实验可以看出,氧气分压、退火温度、退火时间是影响制备新型相变型VO2薄膜的重要因素。     

纳米VO2多晶材料的低温相变和随机阻抗网络模型

制备了纳米VO2多晶薄膜材料,其相变温度为35℃,实验测量了它的电阻-温度(R-T)曲线和热滞回线,并用随机阻抗网络模型进行了R-T曲线和热滞回线模拟,两者显示出结果一致,表明在低温相变温度35℃下,随机阻抗网络模型适用于纳米VO2多晶薄膜R-T曲线和热滞回线.此外,给出了VO2多晶材料在半导体区和金属区的简化随机阻抗网络模型的电阻公式.     

VO2/FTO复合热致变色薄膜的制备及其光学特性

在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃衬底上采用直流磁控溅射的方法室温沉积纯钒金属薄膜,再在退火炉中经后退火工艺制备VO2/FTO复合热致变色薄膜,并对复合薄膜的结构及其光学特性进行研究.结果表明,导电玻璃上的FTO并没有改变VO2择优取向生长,但明显改变了VO2薄膜的表面形貌特征.与相同工艺条件下在玻璃衬底上制备的VO2薄膜相比,VO2/FTO复合薄膜的相变温度降低约18℃,热滞回线温宽收窄约4℃,相变前后的红外透过率分别约为42%和21%.说明复合薄膜既可明显降低相变温度和热滞宽度,又可增强VO2薄膜的红外调控能力.     

二氧化钒纳米周期点阵的光学特性

为了得到相变温度低且性能优越的智能窗光学材料,基于时域有限差分法模拟计算了不同结构的VO_2纳米周期点阵相变前后的光学特性,优选出最佳的VO_2纳米周期点阵结构.采用直流磁控溅射和后退火工艺在玻璃衬底上制备VO_2薄膜,再利用掩膜光刻的方法制备VO_2纳米周期点阵结构,测试其组分结构,反射和透过率曲线.结果表明,填充比为0.74的圆形纳米周期点阵的相变温度有效降低了约25℃,在波长为1700 nm处的透过率改变量达到39%,透过率整体高于VO_2薄膜,呈现出良好的相变光学特性,说明通过调控VO_2纳米周期点阵的结构可以有效提升材料的光学特性.     

新型VO_2相变薄膜的制备

采用离子束溅射和退火工艺制备了一种新的相变型薄膜VO2。此种薄膜的方块电阻为120～148kΩ,电阻-温度关系曲线显示该薄膜的相变温度接近室温。SEM分析表明,所制备的薄膜致密均匀。样品的明场透射电子显微图像显示,制备的薄膜是多晶薄膜,晶粒尺寸达到纳米数量级。XRD分析表明,该薄膜的成分中除了含有VO2外,还含有V2O5,说明该工艺制备的是含有VO2的混合物,而不是纯VO2薄膜。     

调整VO2薄膜相变特性和TCR的制备及辐照方法

采用不同的真空还原时间、真空退火温度和衬底制备出了VO2薄膜,并对制备出的薄膜进行电子辐照.通过测试辐照前后的VO2薄膜相变电学性能及低温半导体相电阻温度系数(TCR),表明不同的制备工艺和不同注量的电子辐照可明显改变VO2薄膜相变过程中电学性能,提高薄膜的电阻温度系数.对影响VO2热致相变薄膜电学性能及电阻温度系数的因素进行了讨论.     

VOx薄膜的制备、电阻-温度特性及结构研究

VO2是一种热致相变材料.发生相变时,VO2的电阻、红外光透过率、反射率都会发生显著变化.采用直流反应磁控溅射法,通过改变氧氩比(O2:Ar)、工作气压、衬底温度等制备工艺参数,研究了工艺参数对VOx薄膜的结构、电阻-温度性能的影响.结果表明,当氧氩比为1.0:15、工作气压为2.0Pa时,制备的薄膜中VO2的含量较多;衬底温度为250℃时,制备的VOx薄膜的电阻一温度突变性能最佳.     

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.     

二氧化钒薄膜用于激光防护时膜层厚度的计算

VO2膜作为相变温度最接近室温的热致相变材料,相变前透过率高,探测器可正常工作,吸收来袭激光能量相变后透过率低,起到保护探测器作用,可用在激光防护领域。膜层厚度对透过率有很大影响,采用吸收膜的特征矩阵方法加以分析,通过VO2膜的折射率及消光系数等光学参数,计算出薄膜相变前后透过率。按照符合透过率相变前75%,相变后5%的薄膜,计算出厚度,结合对溅射产额和溅射速率的计算,可得到制备时间。在硒化锌基片上制备了VO2膜,用红外分光光度计测量出相变前后透过率为79.2%和12.3%。样品经轮廓仪测量得到的厚度与计算得到的厚度基本相符。     

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 ℃.     

二氧化钒薄膜在激光防护上的应用研究

战场上激光武器的不断发展对激光防护提出了更高的要求。由于VO2薄膜的相变温度接近室温,具有良好的光电性能,成为相变材料中最有希望用于红外探测器的激光防护材料。介绍了VO2薄膜的光电特性,并探讨了其在激光防护应用方面的相关问题以及发展前景。     

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。     

激光法制备二氧化钒军事防护薄膜研究

二氧化钒(VO2)具有热致半导体—金属相变特性, 其相变温度为 68益, 最接近室温, 可作为理想的光学功能材料, 在军事上有广泛应用前景。脉冲激光沉积法作为一种新型的制膜方法, 相比其他方法具有粒子能量高、可控性强等优点。介绍了 VO2薄膜的光电特性及其在军事上尤其是激光防护领域的应用前景, 并重点探讨了激光法制备 VO2薄膜的相关问题及解决措施。     

Metal-insulator phase transition in vanadium oxides films

Vanadium oxide films (VO₂) are of a typical phase transition ranging between metal phase to a semi-conducting phase. The theoretical metamorphose temperature of VO₂ is around 340 K (67 °C). This transition temperature is mostly governed by the deposition method in which the film was made, and the film's composition. Optical and electrical properties of VO₂ films are dramatically changed during this phase transition, thus making it useful in many microelectronics and optoelectronics applications. In this work we evaluate several deposition methods of VO₂ and their relations to the electro-optics properties of such films. The examined VO₂ films consisted of various phases of the material. Best films to demonstrate a metal-insulator transition were made in vacuum evaporation of V powder in a tungsten boat, treated in argon-oxygen flow (10:1), at 400 °C. The temperature range of phase transitions was found at 16-80 °C. Resistivity changes and colors of the films were studied as well.     

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。     

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.     

钽掺杂对二氧化钒多晶薄膜相变特性的影响

将Ta_2O_5与V_2O_5均匀混合,压制成溅射靶,用离子束增强沉积方法在二氧化硅衬底上沉积掺Ta氧化钒薄膜.在氮气中适当退火,形成掺杂二氧化钒多晶薄膜.X射线衍射结果显示,薄膜具有单一的(002)取向.XPS测试表明,膜中V为+4价,Ta以替位方式存在.温度-电阻率测试表明,薄膜具有明显的相变行为,原子比为3%的Ta掺杂后,二氧化钒多晶薄膜相变温度降低到约48℃.Ta原子的半径大于V原子的半径,Ta的掺入在薄膜中引入了张应力;5价Ta 替代4价V,在d轨道中引入多余电子,产生施主能级,这些是掺钽二氧化钒多晶薄膜相变温度降低的原因.