溅射法制备VO2薄膜的研究现状

主要介绍了VO2薄膜的微、宏观相变机理,阐述了溅射法制备VO2薄膜的优势及影响薄膜性能的一些因素,指出了今后VO2薄膜的研究重点.     

射频磁控溅射纳米二氧化钒薄膜的电致相变特性

采用射频磁控溅射方法和热处理工艺制备了二氧化钒（VO2）薄膜,并制作了金属钨／VO2／金属钨三明治结构,通过改变金属钨／VO2／金属钨三明治结构中VO2薄膜与金属钨电极的接触面积,研究了VO2薄膜的电致相变特性．采用x射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、四探针和半导体参数测试仪对VO2薄膜的结晶取向、表面形貌、方块电阻和,I-V特性进行了测试．实验结果表明,所制备的VO2薄膜为具有热致相变特性的单一组分VO2纳米薄膜,在热激励下,薄膜的方块电阻相变幅度达到2个数量级;在电压的激励下,VO2薄膜与金属钨的接触面积为12μm×12um时,电流发生跳变的阁值电压为9．4V,随着接触面积的减小,闽值电压也逐渐降低．     

非理想配比二氧化钒薄膜喇曼光谱研究

采用射频(RF)磁控溅射在各种条件下制备的VO2薄膜的喇曼光谱曲线.研究发现,和理想配比VO2薄膜的主要喇曼峰相比较,无论是富钒的VO2薄膜还是富氧的VO2薄膜它们主要的喇曼峰都向高频方向移动.我们提供了实验证据并且讨论了非理想配比导致VO2薄膜喇曼光谱变化的原因.     

多种杂质对VO2薄膜电阻突变性能的影响

理论上计算了VO2薄膜点阵常数的变化及杂质对VO2薄膜晶体中键长的影响,研究了K、Na、Fe、Si等多种杂质离子时VO2晶体点阵常数和键长的影响.结果表明,杂质使VO2薄膜晶体中的键长伸长,点阵常数增大,晶体结构稳定性降低,电阻突变温度降低,电阻突变数量级减小.     

低温热氧化处理温度与时间对氧化钒薄膜性能的影响

采用直流对靶磁控溅射氧化钒薄膜再附加热氧化处理的方式进行金属-半导体相变特性氧化钒薄膜的制备,研究了低热处理温度下热处理温度与时间对氧化钒薄膜组分、晶体结构和相变性能的影响.新制备的氧化钒薄膜为V2O3和VO的混合相.经300℃/1h热处理后,薄膜内出现单斜结构VO2,薄膜具有相变特性;保持热处理时间不变,升高热处理温度至360℃,薄膜表面变得致密,致密的薄膜表面阻碍了氧气与薄膜内部V2O3和VO的反应,VO2成分含量与300℃/1h处理时的含量接近;增加热处理温度并延长热处理时间,如热处理条件为320℃/3h时,薄膜内VO2成分大量增多,电阻值变化幅度超过两个数量级;在300～360℃的热处理温度区间内,薄膜内V2O3和VO不断向VO2转变,相变性能变好,但对VO2的单斜金红石结构没有影响.     

直流反应磁控溅射法制备VO_2薄膜

VO2是一种相变材料.发生相变时,VO2的电阻、透过率、反射率都会发生显著的变化;反应磁控溅射法是制备VO2薄膜的一种比较理想的方法.文中,重点讨论氧氩气质量流量比m(O2)/m(Ar)、基片温度以及沉积后薄膜的退火处理对制备薄膜成分、结构和性能的影响.通过分析得出m(O2)/m(Ar)比在113和112间具有较高的VO2含量;基片温度在250℃时具有较佳的VO2结晶特性;450 ℃保持2 h的真空退火处理可以改变薄膜成分和结构,使高价的V2O5薄膜还原到四价的VO2,且明显减少薄膜的氧缺陷,提高氧原子的含量,减少空洞,增加晶粒尺寸提高膜的致密度.     

VO2镀膜工艺与薄膜导电特性的研究

利用射频磁控溅射方法制备了VO2薄膜,通过正交试验设计研究镀膜工艺因素对薄膜导电特性的影响规律.试验结果表明,影响薄膜导电性能的主要因素是热处理温度,其次是衬底的温度,溅射功率和工作压强对薄膜导电性能的影响很小.X射线衍射结果表明,制备的VO2薄膜为非晶体结构,480℃真空热处理后,VO2薄膜结晶良好.由此得到制备VO2薄膜的最优化工艺为:衬底的温度400℃、热处理温度480℃、溅射频率120W和工作气压1.5Pa.     

VO_2(M/R)复合薄膜的研究进展

VO2(M/R)薄膜相变前后的红外透过率、电阻率变化显著,在光学、电学开关等领域极具应用潜力。VO2(M/R)复合薄膜能克服纯相材料本身的不足,还可以引入新的性能和结构。综述了VO2(M/R)复合薄膜的特点和主要性能,总结了薄膜的复合方式,讨论了复合薄膜制备中存在的问题,并结合近年的相变机理、制备工艺、复合方式等报道展望了VO2(M/R)复合薄膜的研究发展前景。     

VO2薄膜的结构、光学特性及其应用研究进展

VO2具有4种多晶型结构.其中,VO2(M)向VO2(R)的转变是可逆的,并伴随着光、电、磁等物理性能的急剧变化.从晶体学角度描述了具有可逆相变特性的VO2的晶体结构,介绍了VO2薄膜在可见光-红外光波段的高低温光谱研究情况及激光辐照下VO2薄膜的突变特性.在应用原理分析的基础上综述了VO2薄膜光学特性方面的最新应用情况.     

TiO2中间层对基于溶胶–凝胶法制备的VO2薄膜光学特性的影响（英文）

为了提高VO2薄膜的热致相变性能,采用复合结构与掺杂相结合的方法,首先通过溶胶–凝胶法在云母基底上制备锐钛型TiO2薄膜,再在光致亲水性处理的TiO2/云母基底上涂覆V2O5以及掺钨V2O5水溶胶,然后经热处理获得VO2/TiO2及VxW1-xO2/TiO2复合薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)研究薄膜的物相、表面形貌以及热致相变特性.结果表明,VO2/TiO2复合薄膜晶体生长为(011)面择优取向;VxW1-xO2/TiO2复合薄膜产生多种取向。TiO2中间层有助于使VO2薄膜生长致密,相变温度降低,更使VxW1-xO2/TiO2复合薄膜滞后温宽降至约4℃。     

二氧化钒薄膜在α-Al2O3衬底上的外延生长及其金属-半导体相变特性研究

利用ＸＲＤ及ＸＲＤ极图技术表征了用激光剥离技术生长的ＶＯ_２薄膜．结果表明：在衬底温度为５００℃,氧气偏压６．６７Ｐａ的条件下,在Ａｌ_２Ｏ_３（１１２０）衬底上能实现ＶＯ_２的二维外延生长．薄膜的结构除了与沉积工艺有关外,还和衬底的取向密切相关．在Ａｌ_２Ｏ_３（１１２０）衬底上,定向生长的（１００）ＶＯ_２在Ｍｉｌｌａｒ指数＜５时,除了［０１０］以外,不存在其他晶格矢量与衬底相匹配,从而不可能实现三维单晶薄膜的外延生长．电学特性的测试结果显示,在温度为６５℃左右,ＶＯ_２薄膜出现相交,薄膜的电阻率变化达４个数量级．     

钨掺杂二氧化钒薄膜的THz波段相变性能的研究

通过溶胶–凝胶法制备纯的VO₂和W掺杂的VO₂薄膜, 并且进行了XPS、AFM和XRD的分析与表征, 并观察了其微观形貌和结构. 同时研究了VO₂和W掺杂VO₂在红外光谱(λ=4 μm)和THz(0.3~1.0 THz)区域的金属–绝缘转变性能. 结果表明: 室温下W掺杂的VO₂薄膜在红外和THz区域的初始透过率都比纯的VO₂薄膜低. 在THz波段, W掺杂的VO₂表现出更低的相变温度. 同时在VO₂和W掺杂VO₂相变过程中, 观察到了金属–绝缘转变和结构转变的现象, W掺杂VO₂具有明显的峰位偏移现象.     

基于外加热激励源的中红外激光辐照VO2薄膜温升研究

VO_2薄膜在中红外激光防护领域有着重要意义。为研究中红外激光辐照VO_2薄膜的温升累积效应及克服中红外激光器功率过小的困难,设计了一种外加热激励源的实验方法。首先利用ANSYS软件对中红外纳秒脉冲激光在不同激励源温度和不同功率密度下辐照VO_2薄膜的温升累积进行仿真,并做了实际验证。研究发现,随着外加激励温度的升高,可在一定时间(100s)内达到VO_2相变温度的激光功率密度逐渐减小,通过增加功率密度,也可以进一步降低相变所需的激励源温度。两者均提高了VO_2薄膜的温升速率。然后在激励源温度为40℃、中红外激光功率密度为1 W/mm~2的条件下研究了中红外纳秒脉冲激光参数对VO_2薄膜的温升累积效应,结果表明,增加激光脉宽、增加重频或光斑半径均能有效增加VO_2薄膜的温升速率。     

二氧化钒的制备及应用研究

文章介绍了VO2的晶体结构及在智能温控材料方面的应用,综述了掺杂对VO2相变温度的调控和作为光学减反膜对可见光透过率的调控,分析了掺杂离子的性质、种类对VO2相变温度的影响,并对VO2的制备方法及其超细粉体的研究进展进行了总结。     

真空还原制备的VO2热致相变薄膜Raman光谱和红外光谱研究

报道了利用真空还原制备的VO2薄膜的红外透射光谱和Raman光谱,并进行370－900nm波段的光透射测试以及900nm波长的热滞回线特性测试,表明所制备VO2薄膜具有优良的热致相变光学特性,结晶状态不同的薄膜其Raman谱位置有明显改变,室温时的红外光谱表现出较好的红外振动特性。讨论了薄膜结晶状态对Raman位移的影响以及VO2薄膜的红外光谱。     

VO2薄膜的研究和应用进展

综述了VO2薄膜的制备工艺,着重探讨了热处理工艺和条件对其性能的影响,并介绍了它的最新应用情况.     

Dynamic optical limiting experiments on vanadium dioxide and vanadium pentoxide thin films irradiated by a laser beam

Vanadium dioxide (VO2) and vanadium pentoxide (V2O5) thin films are irradiated by a near-infrared continuous-wave laser beam and the dynamic optical limiting performance is measured. The temperature varying with time of the films induced by a laser beam is also recorded by an IR thermal sensor. Under the irradiation of a laser beam with an intensity of 255 W/cm2 and a spot diameter of 2 mm, the laser beam transmittance of the VO2 film decreases from 47% before phase transition to 28% after phase transition, and the response time is approximately 200 ms; the laser beam transmittance of the V2O5 film decreases from 51% before phase transition to 24% after phase transition, and the response time is approximately 40 ms. The optical limiting is realized by this laser heating-induced phase transition.     

VO2（M）控温包装薄膜制备的研究进展

二氧化钒(VO_2)纳米颗粒具有多种晶型结构,其单斜型半导体M相(VO_2(M))在接近室温时具有完全可逆的相转变性质,相变为四方金红石金属R相,从而引起光学性能的急剧变化,因而VO_2(M)可作为良好的阻热材料应用于控温包装薄膜领域。综述了VO_2(M)纳米颗粒和控温包装薄膜的制备方法,展望了VO_2(M)控温包装薄膜的研究方向。VO_2(M)纳米颗粒的传统制备方法有一步水热法和热分解法等,近年来也出现了新型制备方法,如籽晶诱导法和火焰燃烧法等;控温包装薄膜主要的制备方法为气相法和液相法。根据不同产品的温度需求,通过改变原料种类、温度及掺杂元素等工艺参数调节VO_2(M)纳米颗粒的相变温度,可制备出不同相变温度的VO_2控温包装薄膜。VO_2(M)控温包装薄膜作为一种高新科技产物,可以有效调控商品运输和储藏过程中包装内氛围,具有广阔的应用前景。