相變二氧化釩薄膜的制備及其太赫茲調(diào)制性能的研究.pdf

1、太赫茲波(Terahertz,THz)通常是指頻率在0.1THz-10THz范圍內(nèi)的電磁輻射,處于宏觀電子學(xué)與微觀光子學(xué)的過渡區(qū)域。太赫茲波在無線通信、雷達(dá)成像、物質(zhì)探測、醫(yī)療診斷等多個領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。推動太赫茲科學(xué)的實際應(yīng)用,需要提供很好的THz功能器件,如太赫茲波調(diào)制器、開關(guān)、濾波器、放大器等等。由于已有高頻電子器件或者光學(xué)器件應(yīng)用到太赫茲頻段時帶來物理效應(yīng)的顯著變化、性能的嚴(yán)重惡化和加工困難,因此關(guān)于太赫茲頻段可用的電子功能材

2、料和功能器件的研究就十分重要。本論文就是在這一背景下,采用相變材料VO2薄膜跟超材料相結(jié)合的方式,仿真設(shè)計并研制調(diào)控性能良好的THz調(diào)制器件。
　　本論文首先探索了利用射頻磁控濺射法制備相變性能良好的VO2薄膜的工藝參數(shù),采用X-射線衍射分析儀、電子掃描電鏡和四探針電阻測試平臺對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能進行測試分析,著重研究了氧分壓、襯底溫度對薄膜生長的影響。實驗分析表明,薄膜性能對氧分壓和襯底溫度十分敏感,通過工藝參數(shù)的優(yōu)化,制

3、備出了電阻突變超過3個數(shù)量級的相變性能優(yōu)異的VO2薄膜,對研制高性能的THz器件十分關(guān)鍵。
　　接著研究了Pt金屬薄膜上氧分壓以及緩沖層厚度對生長VO2薄膜晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和MIT性能性能的影響,測試結(jié)果表明一定厚度的SiO2緩沖層能夠緩解VO2薄膜與金屬薄膜之間的應(yīng)力,制備出性能良好的VO2薄膜,具有明顯的(011)晶面擇優(yōu)取向,電阻變化超過3個數(shù)量級,薄膜表面平整致密,晶粒均勻分布。通過金屬-氧化物-金屬的器件結(jié)構(gòu)對薄膜施加