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氧化钒薄膜的制备及其光电性能研究

杜明军  
【摘要】:二氧化钒(VO_2)是一种具有热致相变特性的金属氧化物。随着温度的升高,大约在68℃附近会发生从低温半导体相到高温金属相的可逆转变,同时伴随着光、电、磁性能的突变。这一特有的性质决定了VO_2具有较高的潜在应用价值和广阔的应用前景,如温度传感、环境检测、资源探测、传感器等领域。因此对该领域的研究具有十分重要的科学价值,目前已成为国内外功能材料研究的热点。通过掺杂可以降低薄膜的相变温度,使得氧化钒薄膜具有更广泛的应用。 本文以氧化钒薄膜为研究对象,采用直流反应磁控溅射法制备氧化钒热敏薄膜,借助XRD、XPS、SEM、AFM及FT-IR等手段对氧化钒薄膜的形貌、微结构等进行表征,重点研究了氧化钒薄膜的方阻及其随温度的变化特性,即薄膜的热敏性能。此外,对氧化钒薄膜的光学性能也进行了探讨,并利用磁控溅射法对氧化钒薄膜进行了钨掺杂。论文主要包括以下几方面内容: 1.在高氧工艺条件下溅射制备氧化钒薄膜,研究了不同基片温度对薄膜形貌、微观结构及光电性能的影响。基片温度的变化直接影响膜层的生长及性能,基片温度的升高会导致薄膜方阻的减小和光学带隙的降低。 2.制备VO_2薄膜,研究了不同退火气氛、退火时间对氧化钒薄膜电性能的影响,退火可以减少薄膜的缺陷,提高薄膜的结晶性,改善薄膜的性能。实验结果表明,退火改变了薄膜的分子结构及形貌,进而对薄膜的电学性能产生影响,选择合适的退火条件可以获得性能优良的VO_2薄膜。 3.尝试利用直流磁控溅射设备,制备了具有夹层结构(VO_2/VWO_x/VO_2)的复合薄膜,在氧气氛围下对薄膜进行原位退火处理,经复合薄膜各层间氧扩散充分后,制备掺钨氧化钒薄膜。研究在不同的氧流量、退火时间及掺杂条件下,掺钨氧化钒薄膜的光电性能,经掺钨后薄膜的热滞回线变窄,室温方阻温度系数可以提高到-3.5%/℃。 通过以上的研究,我们对氧化钒薄膜的制备,结构及性能有了进一步的了解,从微观结构探讨了相关工艺参数对其性能的影响,并尝试对氧化钒薄膜进行掺钨的研究,为氧化钒薄膜的应用做了较为有意义的基础研究工作。


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