二氧化釩薄膜的制備及其在太赫茲器件中的應用.pdf

1、二氧化釩（VO2）薄膜在68℃附近會由單斜結構的半導體態(tài)相變?yōu)樗姆浇Y構的金屬態(tài)，同時伴隨著電阻率、磁導率、光透射率和反射率的巨大突變。這種電磁性能的突變在微波和光學領域已經得到廣泛的應用。最近，VO2薄膜在太赫茲頻段的應用受到關注。太赫茲是介于微波與紅外波段之間的一段特殊的電磁波譜，被國際上譽為下一代信息產業(yè)的科學技術基礎，其獨特的優(yōu)越性已普遍被人認識。推動THz技術的實際應用，需要提供很好的THz功能器件。然而，跟微波和光波段不同，自

2、然物質對太赫茲波缺乏有效響應，已有電子器件和光學器件均無法實現太赫茲的有效傳輸和控制。太赫茲材料和器件的研制已成為太赫茲領域亟待解決的關鍵問題之一。本論文正是在此背景下，提出將相變材料與人工電磁結構相結合，設計和研制實用化的太赫茲關鍵功能器件。
　　本文首先采用射頻反應磁控濺射技術制備高品質的二氧化釩薄膜。使用四探針電阻測試儀、X-射線衍射分析儀、原子力顯微鏡對二氧化釩薄膜的各種特性做了細致的分析。討論了磁控濺射過程中氧分壓、濺射

3、溫度及濺射功率對薄膜質量和性能的影響，獲得最佳制備工藝，制備出電導率變化達到3-4個數量級的高質量VO2薄膜。
　　電磁超材料(Metamaterial)是指一類具有天然材料所不具備的超常電磁性質的人工復合結構或復合材料。本論文通過將二氧化釩薄膜與人工電磁材料相結合設計可調諧的太赫茲功能器件。通過軟件仿真設計出太赫茲吸收器和調制器結構，之后利用磁控濺射技術及光刻技術制備出具體器件。利用太赫茲時域光譜測試了器件性能，其中太赫茲吸收器