二氧化钒薄膜制备及掺Au对其相变性能影响的研究

论文摘要

摘要：二氧化钒是一种典型的热致相变化合物。随着温度的升高,在68℃时,二氧化钒会由低温半导体态转变为高温金属态（可逆）,伴随着这一相变的发生,二氧化钒的电学,光学性质也发生突变。这一特殊的性质使得二氧化钒在很多领域有着重要的应用价值,如热敏电阻材料,光致开关材料,智能玻璃窗涂层,太阳能温控装置等；最重要的是通过掺杂可以改变它的相变温度。二氧化钒作为一种功能型材料,具有很高的研究价值。本文主要探索了用射频磁控溅射制备二氧化钒薄膜的条件以及掺杂Au阵列后对二氧化钒薄膜性质的影响。本文用射频磁控溅射在玻璃和蓝宝石衬底上制备二氧化钒薄膜。用四探针法测得相变前后电阻变化均达到两个数量级以上；用高紫外灵敏度光谱仪进行透射率-温度的研究,在1100nm波长处,测得玻璃衬底上的透射率随着温度升高由35%减小到15%,降幅到达了20%,总结得出红外波段透射率随温度变化远远大于可见光波段,接近文献报道的最好水平。本文还对二氧化钒薄膜进行Au掺杂：采用直接溅射掺杂和纳米刻蚀掺杂两种方法。其中刻蚀法的过程：利用滴点法制备出了聚苯乙烯胶体球掩膜板,在掩膜板上溅射Au,再除去聚苯乙烯小球后得到纳米Au六方点阵列,在Au阵列上沉积二氧化钒薄膜。两种方法掺Au都降低了二氧化钒的相变温度,尤其是刻蚀掺Au法,使得二氧化钒的相变温度降低至37-45℃之间,最大的降幅达到30度；光学透过率降幅达10%。此外,对制备出的薄膜还进行了XRD, AFM和SEM表征,分析不同生长条件对二氧化钒的影响。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 二氧化钒的晶体结构
• 1.2.1 晶体结构
• 1.2.2 相变过程中晶体的结构和能带变化
• 1.3 二氧化钒薄膜的性质
• 1.4 二氧化钒薄膜的应用前景
• 1.4.1 智能玻璃窗
• 1.4.2 光学开关
• 1.4.3 激光防护
• 1.4.4 热敏电阻,红外热像仪
• 1.4.5 其它应用
• 1.5 掺杂对二氧化钒的影响
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 二氧化钒薄膜的制备
• 2.1 二氧化钒薄膜制备方法
• 2.1.1 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 2.1.2 化学气相沉积法（CVD法）
• 2.1.3 真空蒸镀法
• 2.1.4 溅射法
• 2.2 射频磁控溅射制备二氧化钒薄膜
• 2.2.1 射频磁控溅射原理及特征
• 2.2.2 射频磁控溅射制备二氧化钒薄膜的实验仪器及参数
• 2.2.3 射频磁控溅射制备二氧化钒薄膜的实验步骤
• 2.3 二氧化钒薄膜的退火处理
• 第三章 二氧化钒薄膜的掺杂
• 3.1 掺杂方法
• 3.2 Au纳米颗粒阵列的制备
• 3.2.1 纳米球掩膜板的制备
• 3.2.2 聚苯乙烯纳米微球掩膜板的制备方法
• 3.2.3 磁控溅射进行薄膜沉积
• 3.2.4 去除掩模板,得到纳米颗粒阵列
• 3.2.5 制备掺杂Au纳米颗粒阵列的二氧化钒薄膜
• 3.3 本章实验总结
• 第四章 二氧化钒薄膜性质测试
• 4.1 二氧化钒薄膜电学特性测试
• 4.1.1 实验原理
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验结果
• 4.2 二氧化钒薄膜的光学性质测试
• 4.2.1 实验原理及实验仪器
• 4.2.3 实验结果
• 4.3 XRD测试
• 4.3.1 XRD测试原理
• 4.3.2 测试结果
• 4.4 SEM测试
• 4.4.1 SEM原理
• 4.4.2 SEM测试结果
• 4.5 AFM测试
• 4.5.1 AFM原理
• 4.5.2 AFM测试结果
• 第五章 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集