反应磁控溅射法制备VO2薄膜及其相变特性研究

论文摘要

二氧化钒（VO2）是一种典型的热致相变化合物,相变温度68℃,伴随着相变,其电阻率、磁化率、光的透过率等诸多光电特性均会发生可逆突变,这些卓越的性能使得VO2薄膜在智能窗、光电开关、激光防护、光存储等领域有着极高的应用价值。本文采用反应磁控溅射方法,以单质钒为靶材,通过精准调节氧分压并结合退火工艺,制备出不同物相成分的氧化钒薄膜。利用X-射线衍射仪（XRD）分析了不同制备条件下薄膜的物相结构;扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）观察了薄膜表面的微观形貌;X射线光电子能谱（XPS）分析出了薄膜中钒的化合价态、钒氧（V、O）原子化学计量比及原子百分比;拉曼（Raman）光谱的测试进一步给出V、O原子的结合方式。测试与分析表明2%Pa氧分压、400℃退火2.5小时（h）是制备VO2薄膜的较优工艺参数,该条件下制备的薄膜结晶良好,XRD结果显示存在（100）、（010）、（001）三个VO2的特征衍射峰,O、V原子数之比为2.044,V主要以4价形式存在。通过对薄膜的电阻-温度曲线测试来研究其相变特性,新鲜VO2薄膜相变温度为66.2℃,热滞宽度为9℃,电阻可逆突变达3个数量级。对VO2薄膜的相变稳定性进行了初探,连续相变五次后的薄膜相变温度为66.7℃,热滞宽度12℃,电阻可逆突变仍然有3个数量级;放置一个月后的薄膜,相变温度为68.5℃,热滞宽度为20℃,电阻可逆突变减小到2个数量级。根据电阻-温度特性曲线计算出薄膜的电阻温度系数（TCR）,TCR值超过了—2×10-2K-1,新鲜VO2薄膜的TCR值更是高于—3×10-2K-1。VO2薄膜相变稳定性良好,基本达到了实用的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 2O₅薄膜基本性质'>1.2 V₂O₅薄膜基本性质
• 2相变机理与特征'>1.3 VO₂相变机理与特征
• 1.4 研究意义
• 1.5 本论文研究内容
• 第二章 反应磁控溅射制备薄膜工艺
• 2.1 实验设备与原材料
• 2.2 薄膜的制备
• 2.3 薄膜的退火处理
• 2.4 样品测试仪器
• 第三章 氧化钒薄膜微观结构及物相成分分析
• 3.1 XRD对薄膜晶体结构分析
• 3.2 薄膜表面形貌的AFM、SEM表征
• 3.3 薄膜的XPS能谱分析
• 3.4 激光Raman光谱分析
• 3.5 薄膜的紫外-可见-近红外光学特性
• 3.6 小结
• 2薄膜相变特性研究'>第四章 VO₂薄膜相变特性研究
• 4.1 电阻-温度曲线测试装置
• 2O₅薄膜的电阻-温度特性'>4.2 V₂O₅薄膜的电阻-温度特性
• 2薄膜的电阻-温度特性'>4.3 VO₂薄膜的电阻-温度特性
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 有待进行的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文