掺杂VO2薄膜的制备及其光电性质

以石英片为基底,采用直流/射频磁控共溅射法制备了掺A、掺Ti的V02薄膜.对所制样品进行了电阻-温度关系、原子力显微镜、透射光谱等光电性能测试.结果分析表明,Al元素可以提高薄膜相变温度及Ti元素可以有效提高相变前后电阻率变化幅度,并且用半导体能带理论对VO2薄膜光电性质改变的原因及掺杂对其造成的影响予以解释,提出了影响相变滞豫的原因及改善方法.最后对磁控共溅射沉积方法制备掺杂薄膜的工艺方法提出了改进.     

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.     

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℃.     

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.     

溅射工艺条件对氧化钒欧姆接触特性的影响

采用反应磁控溅射并在氧氛围下进行后退火处理的方式,制备了氧化钒薄膜.尝试了在氧化钒上以不同衬底温度和溅射功率等工艺条件溅射金属薄膜电极.通过对氧化钒-金属接触的电流-电压(I-V)测试的数据进行分析拟合,研究了氧化钒薄膜表面性质和测试偏压的变化对I-V特性曲线欧姆系数的影响.结果表明在化学计量比约为VO2.15的非晶氧化钒薄膜上,溅射的金属电极随着溅射功率和测试偏压的提高,I-V特性曲线的线性度得到了逐步的改善.通过比较Ni/Cr,Ti及Al不同金属电极的接触性能,提出了合理的欧姆接触工艺条件以及电极工作电压范围.     

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℃。     

掺Rb纳米晶DyIG磁光薄膜研究

用热分解法制备的Bi，Al替DyIG磁光薄膜虽然是纳米晶，但由于其晶界分布不均匀、晶粒较大且均匀性差，当用于磁光记录时，晶界将产生较大的噪音。而掺Rb的Bi，Al替DyIG磁光薄膜不仅可以降低晶化温度，而且晶粒明显细化，最大晶粒尺寸从100nm下降到50nm左右，平均晶粒尺寸下降为30nm左右。并且晶粒的均匀性明显改善，掺入的Rb以Rb2O固溶体的形式存在于磁光薄膜表面，填补了薄膜表面的凹凸不平，使薄膜表面反射率增加，信噪比增大。因此掺Rb可使纳米晶Bi，Al替DyIG磁光薄膜的性能大大提高。     

光诱导氧化钒薄膜原位太赫兹波调制特性研究

采用磁控溅射及快速热氧化法在c-Al2O3基底制备出高质量的氧化钒薄膜。首先,分析结果表明所制备的氧化钒薄膜表面颗粒大小均匀,表面均方根粗糙度约为16.75 nm,主要成分为VO2和V2O5,V4+离子的含量为78.59%,所制备的氧化钒薄膜具有稳定的热致相变特性;其次,光诱导下薄膜的THz波调制特性研究结果显示,随着激励光功率增大,薄膜的THz透过率逐渐减小;最后,经过多次原位反复测试结果表明所制备的氧化钒薄膜具有稳定可逆的THz波调制特性,可应用于太赫兹开关和调制器等集成式太赫兹功能器件。     

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 %。     

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.