基于二氧化钒薄膜的太赫兹开关器件

二氧化钒(VO2)作为一种优质的光电功能材料一直备受人们的关注,在信息存储、光调制器、太阳能电池、光电探测器等方面有着重要应用。采用磁控溅射及原位退火氧化的"两步法"制备了VO2薄膜,并对其进行晶态、形貌表征。设计并搭建VO2薄膜热致相变实验系统,研究了VO2薄膜在变温条件下对2.52 THz辐射的开关特性。结果表明,VO2薄膜样品为多晶态,具有明显的太赫兹调制效果,可以实现对2.52 THz波的调制,并可作为太赫兹开关/调制器件的功能材料。     

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。     

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。     

基于VO2相变的光控太赫兹调制器

基于VO2薄膜相变特性,通过在石英基底上制备VO2薄膜和亚波长金孔阵列,并在理论和实验上研究了金属孔阵列与VO2薄膜置于基底同侧和异侧的两种太赫兹(THz)调制器。系统研究了在光泵浦条件下两种样品的THz波的传输特性。结果表明,随着泵浦光功率的改变,两种结构的器件均可以实现对THz波强度的调制。对比分析两种结构器件的THz透射谱发现,紧邻金属孔阵列的金属相VO2能够有效地抑制THz表面等离子体的局域透射增强效应,使调制器的调制深度得到显著增强,这对基于相变材料调制器的设计具有重要意义。     

基于硅基微结构高性能太赫兹波电控调制器

通过硅基微结构与二氧化钒(VO2)相变薄膜相结合,设计并实现了一种电控太赫兹幅度调制器件。该调制器具有很高的太赫兹波透射率与极低的器件插损,同时具有大的工作带宽和调制深度。仿真和实验测试结果表明,该调制器对太赫兹波的增透响应带宽为0.25~0.95 THz波段。在0.4~0.85 THz频段内(约450 GHz宽带)的透射率超过80%,相较于硅衬底的透射率增加了10%以上,且透射率最高可达85%。对该器件电调控后,调制深度可达76%以上,器件透射率变化幅度可达65%。因低插损、大调制幅度以及宽工作带宽,该太赫兹调制器在太赫兹成像和通信系统中具有重要的应用价值。     

氧化钒薄膜的制备及其在光激励下对太赫兹波的调制

采用磁控溅射法在蓝宝石基底上制备金属钒薄膜,然后在O2中快速热处理获得具有相变特性的VOx薄膜。实验对比了不同的热处理温度和热处理时间对薄膜性能的影响,薄膜的结晶状况用X射线衍射(XRD)进行分析;利用THz时域频谱系统,观测薄膜在不同激励光功率下的相变特性及其对THz波的调制作用。结果表明,在570℃条件下快速热处理60s所制得的VOx薄膜性能最佳,薄膜对THz波透过性最好,光激励后对THz波的调制作用最大,调制幅度达到83.9%,且引发相变的功率阈值低。     

基于双重共振响应的太赫兹柔性可拉伸超表面（特邀）

可拉伸器件中太赫兹波特性的主动控制对于涉及大机械变形或拉伸的先进太赫兹应用至关重要。将金属超表面与弹性薄膜聚二甲基硅氧烷相结合,设计并研制了基于不同微观机理的双带太赫兹波段主动控制器件。利用金属与弹性薄膜在拉伸作用下的形变失配,通过周期敏感的十字结构超表面实现了双带调制效果。在36%的拉伸下,利用偶极子模式和晶格模式分别在1.26 THz和2.41 THz处实现了调制深度为90%和78%的双频带调制。通过晶格模式进行的调制工作频率具有较大的动态范围,可以从2.41 THz调谐到1.85 THz。由于电偶极子谐振模式和周期性晶格谐振模式的机制彼此独立,因此可以独立地设计两个谐振频率,从而在几何上调节双带调制器的频率间隔。提出的可拉伸超表面制备简单,具有强度调制深度大,频率调谐范围广的优点,既能用于太赫兹波的主动控制,也能用于被动式的位移传感。     

氧化钒薄膜太赫兹波段频率特性研究

利用直流对靶磁控溅射镀膜法,在Si衬底上制备出在太赫兹（THz）波段具有开关性能的氧化钒（VOx）薄膜。用X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）方法对VOx薄膜的组份和形貌进行表征。利用THz时域频谱系统（THz-TDS）对VOx薄膜的光致相变性能进行测试。实验表明,VOx薄膜在波长532 nm连续激光照...     

基于氧化钼薄膜的光控太赫兹传输特性研究

本文采用热蒸发法制备了沉积在硅片上的200nm 氧化钼(MoO₃)的太赫兹调制薄膜。 在室温条件下,通过傅里叶光谱仪和太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)技术,研究了MoO₃薄膜在不同激励光功率下的太赫兹传输特性。提出了薄膜重要光学参数的提取模型,利用透 射式太赫兹时域光谱技术测量了薄膜的时域信号,分别计算了太赫兹波在薄膜中的透过率及 调制效率及薄膜的复介电常数变化。结果表明,在980 nm激光器条件 下,随着激光器功率 的提高,MoO₃薄膜的太赫兹调制深度逐渐增加。在激光功率为266 mW时,在0.26 THz处 透过率达到最低为61%,调制效率(Modulation factor)达到最高为10%。通过分析MoO₃薄膜 的复介电常数及载流子密度变化,得出了激发生成的载流子浓度的提高导致介电常数的改变 , 增强了薄膜的导电性,从而减低了太赫兹波在薄膜中的透过率的结论。为MoO₃薄膜应用在 太赫兹波段调制领域提供了实验数据。     

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℃。     

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。     

基于太赫兹等离激元的半导体表面生化薄膜光谱检测

我们提出了一种利用太赫兹表面等离激元对放置在半导体表面的生化薄膜进行光谱测量的新方法。我们从理论上证明了半导体材料对其上传输的太赫兹表面等离子体波具有较强的表面束缚性,从而提高太赫兹波与半导体表面的生化薄膜之间的相互作用。通过采用太赫兹时域光谱测量系统,我们从实验上分别得到了洋葱表皮的太赫兹表面等离子体波和自由空间太赫兹波透射波谱。实验结果表明,当测量对象是厚度仅为自由空间太赫兹波波长的约百分之一的单层洋葱表皮时,表面等离子体波的透射波谱与自由空间太赫兹波透射波谱相比具有更加多的特征吸收峰。     

Design and Imaging Application of Room-Temperature Terahertz Detector with Micro-Bolometer Focal Plane Array

Room-temperature terahertz (THz) detectors indicate a great potential in the imaging application because of their real-time, compact bulk, and wide spectral band responding characteristics. THz detectors with different dimensions based on a micro-bridge structure have been designed and fabricated to get optimized micro-bolometer parameters from the test results of membrane deformation. A nanostructured titanium (Ti) thin film absorber is integrated in the micro-bridge structure of the VOx micro-bolometer by a combined process of magnetron sputtering and reactive ion etching (RIE), and its improvement of THz absorption is verified by an optical characteristics mesurement. Continuous-wave THz detection and imaging are demonstrated by using a 2.52 THz far infrared CO2 laser and a 320240 vanadium oxide micro-bolometer focal plane array with an optimized cell structure. With this detecting system, THz imaging of metal concealed in a wiping cloth and an envelope is demonstrated, respectively.     

二氧化钒复合薄膜太赫兹透射率模拟

二氧化钒(VO2)是一种具有可逆热致相变性质的材料,在太赫兹调制领域具有应用潜力。为了确认VO2复合薄膜对太赫兹调控的可行性,在进行相关实验之前,首先运用CST Studio Suite电磁仿真软件进行模拟研究,主要探究了VO2及其与金属光栅结合的复合薄膜的相关参数对太赫兹透射及调控的影响。仿真结果表明,VO2能很好地调控太赫兹的透射幅度,调控深度可由相变幅度控制。另外仿真发现,对VO2复合薄膜而言,通过控制光栅的参数变化可以改变太赫兹透射幅度,并且可以通过调控光栅周期实现对太赫兹调制深度控制。     

一种高性能氧化钒热敏薄膜的制备和应用

报道一种制备高性能氧化钒热敏薄膜的方法和其应用。采用反应磁控溅射薄膜沉积技术，通过改变氧化钒热敏薄膜沉积时溅射功率，从而调整钒原子在溅射出来之后接触到基片表面时的沉积速率，同时通过对设备进行改造升级，即在钒溅射腔腔外增加一个控制电源来精确控制溅射电压及氧气分压等参数来精确控制反应过程中电流密度，优化了氧化钒薄膜的制备工艺，制备出方块电阻为500 kΩ/□，电阻温度系数（TCR）为?2.7% K?1的氧化钒薄膜。实验测试结果表明，利用高性能氧化钒热敏薄膜制作的非制冷红外焦平面探测器，其噪声等效温差（NETD）降低30%，噪声降低28%，显著提升了非制冷焦平面探测器的综合性能。     

A thermally tunable terahertz bandpass filter with insulator-metal phase transition of VO2 thin film

A terahertz bandpass filter with the sandwich structure consisting of thermally tunable vanadium dioxide （VO2） thin film, silica substrate and subwavelength rectangular Cu hole arrays is designed and theoretically analyzed. The results show that the transmittance of the filter can be actively tuned by controlling the temperature of VO2, the narrow band terahertz （THz） waves with the transmittance from 85.2% to 10.5% can be well selected at the frequency of 1.25 THz when the temperature changes from 50 ℃ to 80 ℃, and the maximum modulation depth of this terahertz bandpass fil- ter can achieve 74.7%.     

MIM薄膜二极管Ta_2O_5绝缘膜的AFM分析及其I-V特性研究

制备了一种用于有源矩阵液晶显示的Ｔａ－Ｔａ２Ｏ５－Ｔａ 结构ＭＩＭ 薄膜二极管。其中,作为介质层的Ｔａ２Ｏ５ 膜由不同成膜技术得到。采用原子力显微镜（ＡＦＭ）对Ｔａ２Ｏ５ 膜进行了表面形貌分析,并对其ＭＩＭ 二极管的伏安特性进行了测试与比较。结果表明,用溅射／阳极氧化二步法制备的Ｔａ２Ｏ５ 膜作绝缘层的ＭＩＭ 二极管,其Ｉ－Ｖ特性的非线性系数β＝ ２５,远高于阳极氧化法及溅射法所得Ｔａ２Ｏ５ 膜的ＭＩＭ 二极管的非线性系数（β＝ ９和５）,电流通断比（１０５）分别较阳极氧化法及溅射法工艺制备的ＭＩＭ－ＴＦＤ高１和３ 个数量级,且其伏安特性的对称性也较好