氧化钒薄膜的制备及特性研究

【摘要】： 二氧化钒(VO2)是一种被广泛研究的热敏材料,具有多种晶形。其中VO2(M)具有热滞相变特性,随着温度的降低,大约在68℃附近,发生从金属到非金属(半导体)的性质突变,由于相变温度接近室温,且相变前后光学、电学性能变化幅度很大,在很多领域具有重要的应用价值。而VO2(B)在20-80℃不存在相变,具有适当的电阻和较高的电阻温度系数,可作为热敏电阻应用于很多领域。 本工作采用射频磁控溅射方法制备欠氧的钒的氧化物薄膜,并在退火过程中对其加氧使其成为VO2(M)薄膜,采用X-射线衍射(XRD)对薄膜进行表征,并用原子力显微镜(AFM)测定薄膜表面形貌,研究了溅射过程中氧分压以及退火过程中温度对薄膜的影响。氧分压越高则薄膜含氧量越高,相同退火温度下薄膜吸氧量越大；退火温度越高薄膜吸氧量越大且薄膜晶粒越大。用四探针法测定电阻-温度曲线,此方法在普通玻璃衬底上制备的薄膜相变前后电阻变化2个数量级,Al2O3晶体衬底只有1个数量级的变化。通过薄膜光透过率随温度变化曲线的测定,发现薄膜红外透过率变化明显大于可见光透过率的变化,适合应用于智能窗。 本工作还采用磁控溅射方法在普通玻璃衬底上制备VO2(B)薄膜,并在真空及空气气氛中对其退火,研究了溅射温度、退火氛围、退火温度及空气中退火降温速率对薄膜的影响。350-500℃间溅射温度越高,薄膜中VO2(M)含量越少；真空退火最佳温度为500℃；空气气氛中退火的最佳温度在400℃；空气中退火最佳降温速率为随炉冷却。制得的薄膜平均TCR约为2%／K,电阻适当,可用于微测辐射热计。