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.     

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。     

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。     

隧道穿透对Sol-gel多晶二氧化钒薄膜电阻率的影响模拟

在多晶薄膜晶粒一晶界两相结构模型的基础上,考虑载流子对晶粒间界势垒区的隧穿机制,在10℃-100℃的温度范围内,模拟了Sol-gel多晶二氧化钒薄膜电阻率随温度的变化,模拟结果与实验结果有较好的吻合．模拟结果显示,二氧化钒多晶薄膜的晶界效应限制了薄膜相变时电阻率的变化,并使薄膜在金属相时呈现负的温度系数．     

利用噪声谱表征二氧化钒薄膜的光学相变特性

利用自主搭建的实验系统,同步实时地测量了热致相变材料二氧化钒(VO2)薄膜在相变过程中的反射率及其涨落(噪声谱).实时傅里叶变换采集卡测得的噪声谱不仅可以像反射率测量一样给出样品的相变温度(55℃),还在样品的高温区金属相里发现了一个明显的噪声峰(位于15~20 MHz),而低温区半导体相的噪声谱几乎是平坦的.这种噪声峰也反映了薄膜样品中低温半导体相和高温金属相的晶体结构差异.噪声谱测量可以广泛地应用于相变材料的研究.     

利用同步测量研究二氧化钒薄膜的电学与光学相变特性

利用射频磁控溅射方法在蓝宝石衬底上制备了氧化钒薄膜,X射线衍射的测量结果表明薄膜的主要成分是多晶二氧化钒.实现了二氧化钒薄膜半导体-金属相变过程的电阻和五个不同波长下薄膜反射率的同步测量.实验结果表明,电学和光学测量都在相变过程中出现回滞曲线,但是二者的表现形式有明显差别.当用光学方法探测时,同一次相变过程中不同区域的反射率曲线几乎完全重合,证明了薄膜样品的均匀性.     

纳米二氧化钒薄膜的制备及其特性研究

采用原子层沉积(ALD)方法,分别以VO(OC3H7)3和H2 O2为钒源和氧源,在载玻片基底上沉积钒氧化物薄膜;在还原气氛的管式炉中,对钒氧化物薄膜进行还原退火结晶,进而得到VO2薄膜晶体.通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)及X-射线光电子能谱(XPS)研究所制备的钒氧化物薄膜表面形貌、晶体结构以及组分的变化;利用傅里叶红外光谱(FT-IR)对VO2薄膜的红外透射性进行测试分析.结果表明:ALD所制备的薄膜以非晶态V2O5、VO2和V2O3为主;在通以还原气氛(95％Ar,5％H2)并500℃热处理2h后得到以(011)择优取向的单斜金红石纳米VO2薄膜,VO2晶体薄膜相变前后红外透过率突变量较大.     

二氧化钒薄膜的制备及性能表征

通过激光脉冲沉积法,分别在Csapphire和R—sapphire衬底上制备了单相二氧化钒（VO2）薄膜。用x射线衍射法表征了不同实验条件下制备的二氧化钒薄膜的结构性质,分析表明在600℃,10^-2torr的氧气分压下,生长15min可得到单相的二氧化钒（VO2）薄膜;重点研究了激光能量对薄膜电学性质的影响,实验结果表明激光能量在500-600MJ对制备的二氧化钒薄膜具有最好的电学性质。     

超快光场驱动的二氧化钒薄膜相变研究进展

二氧化钒(VO₂)是一种典型的强关联电子材料,当达到相变阈值时,会可逆地从绝缘单斜相转变到金属金红石相,这种相变主要通过温度、光照、电场、磁场、应力等激励条件激发。相突变可在亚皮秒时间尺度内发生,并会伴随着光学透过率、折射率和磁化率等特性的显著变化,其中相变前后电阻率会发生3～5个数量级的变化,这使得VO₂在智能节能窗、光电探测、光电存储、光开关等领域有着重要的应用前景。首先介绍了VO₂的相变机制,主要有电子关联驱动、晶格结构驱动以及两者共同驱动,接着重点介绍了利用超快时间分辨技术,尤其是太赫兹时域光谱技术,来研究VO₂薄膜的相变动力学过程,最后,介绍了基于VO₂薄膜的太赫兹调制器、太赫兹滤波器、太赫兹开关等领域的应用研究。     

二氧化钒薄膜的制备和应用研究新进展

VO2在68 ℃左右时发生半导体—金属态的固-固相变,且相变前后光学和电学性能发生突变,该特性使VO2薄膜在红外智能窗、电致光开关器件、激光防护材料、自适应隐身材料等领域受到广泛研究。制备VO2薄膜的方法包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、金属热蒸发法等,理想的制备参数是当前研究的重点。本文总结了近年来VO2在制备方法和应用发展上的研究现状,对进一步深入研究VO2薄膜的各项性能及应用具有借鉴意义。     

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.     

VO2-xNy薄膜的主要制备工艺参数与相变温度系数

选用V2O5为前驱物,通过在玻璃片上镀膜,利用高纯氢和高纯氮作为气源,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(VO2-xNy)薄膜.通过正交试验设计对制备VO2薄膜过程中的主要影响因素(反应时间、反应压力、反应功率和N2/H2流量比)进行了分析研究.试验结果表明,VO2薄膜的最终的相变温度明显受到反应时间、反应压力、反应功率和N2/H2流量比的影响.其中以反应时间影响作用最为显著.经分析得到使VO2薄膜具有最低相变温度的优化工艺为:反应时间为7 min,反应压力为1.5 kPa,反应功率为100 W,N2/H2流量比为5/20(mL/min).文中对试验结果进行了简单讨论.     

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.     

利用制备参数的改变调整VO2薄膜的电阻温度系数

利用真空还原方法,通过合理控制时间和真空退火温度,制备出具有优良热致相变特性的VO2薄膜,并对不同真空还原时间、真空退火温度和衬底条件下制备的VO2薄膜结构和半导体相的电阻温度系数进行了研究。结果表明,不同制备参数对所得薄膜的结构的结构和价态有显著影响,从而对VO2的电阻温度系数产生较大调整。     

退火温度对二氧化钒薄膜红外

针对提高用溶胶–凝胶法制备的VO 薄膜的红外透过率的问题,提出了制备时的最佳退火温度。简 要介绍了用无机溶胶凝胶法制备VO 薄膜的过程,对制备的VO 薄膜进行了差示扫描量热(DSC)、X射线电子能谱仪 (XPS)测试,分析了VO 薄膜的成分及相变温度。根据瑞利–高斯散射公式,通过散射截面与粒子密度计算和不同退火 温度下薄膜透过率的测试,重点讨论了退火温度、晶粒尺寸和红外透射率三者的关系。     

离子束增强沉积AlN薄膜的研究

利用离子束增强沉积9IBED）法成功地在Si(100）衬底上合成了大面积均匀的非晶AlN薄膜。XRD和XPS测试结果证实该薄膜为非晶且无单质Al和N2存在,随着Al蒸发速率的提高,N/Al下降,在0.05nm/s及0.10nm/s的蒸发速率下制得的薄膜N／Al分别为0.402:1和0.250:1。SRP测试结果表明,随着Al蒸发速率的提高,表面电阻下降,并助在0.05nm/s的速率下制得的薄均匀致密,表面电阻高于10^8Ω,性能良好,而当蒸发速率≥0.25nm/s时,薄膜绝缘性能迅速下降。AFM分析显示薄膜呈岛状分布,且0.05nm/s制取的样品表面呈鹅卵石密堆积,颗粒均匀,表面比0.10nm/s样品起伏平缓、光滑,薄膜的生长机制可能是三维岛状生长。     

The Dynamic Phase Transition Modulation of Ion‐Liquid Gating VO2 Thin Film: Formation,Diffusion, and Recovery of Oxygen Vacancies

Electrolyte gating with ionic liquids (IL) on correlated vanadium dioxide (VO₂) nanowires/beams is effective to modulate the metal‐insulator transition (MIT) behavior. While for macrosize VO₂ film, the gating treatment shows different phase modulation process and the intrinsic mechanism is still not clear, though the oxygen‐vacancy diffusion channel is always adopted for the explanation. Herein, the dynamic phase modulation of electrolyte gated VO₂ films is investigated and the oxygen vacancies formation, diffusion, and recovery at the IL/oxide interface are observed. As a relatively slow electrochemical reaction, the gating effect gradually permeates from surface to the inside of VO₂ film, along with an unsynchronized changes of integral electric, optical, and structure properties. First‐principles‐based theoretical calculation reveals that the oxygen vacancies can not only cause the structural deformations in monoclinic VO_2, but also account for the MIT transition by inducing polarization charges and thereby adjusting the d‐orbital occupancy. The findings not only clarify the oxygen vacancies statement of electrolyte gated VO₂ film, but also can be extended to other ionic liquid/oxide systems for better understanding of the surface electrochemical stability and electronic properties modulation.     

铁电薄膜的厚度对其相变性质的影响

当铁电薄膜的厚度改变时,利用平均场近似方法,研究了基于横场伊辛模型的铁电薄膜的相变性质。在文中利用数值计算方法计算了不同厚度的铁电薄膜的相图和居里温度。研究结果表明,厚度对铁电薄膜的相图会产生明显的影响,但对居里温度则几乎没有影响。     

改变VO_2薄膜光学性能的低注量电子辐照方法

利用能量为 0 8MeV ,注量为 10 12 /cm2 的低注量电子束辐照VO2 薄膜 ,发现低注量电子辐照显著提高VO2 光学性能的温度响应速度 ,并引起薄膜相变过程中的热滞回线宽度变窄 ,但没有对相变温度点造成明显影响 ;通过对比辐照前后样品 370～ 90 0nm的吸收和透射性能 ,表明辐照后吸光度下降、透射率增加 ,在相变过程中四方相附近出现透射、吸收特性的非稳变化现象 ;利用X射线衍射 (XRD)及拉曼光谱对辐照前后样品进行分析 ,显示低注量电子辐照引起薄膜结构的变化 ,并且引起拉曼振动峰位的改变