VO2外延薄膜制備、生長機(jī)理及相變溫度調(diào)控研究.pdf

1、二氧化釩(VO2)由于接近室溫的金屬絕緣轉(zhuǎn)變溫度，同時伴隨著光學(xué)、電學(xué)以及磁學(xué)性質(zhì)的巨大突變而吸引了人們極大的興趣。這些典型的特點(diǎn)使得VO2在節(jié)能材料、記憶存儲，光電轉(zhuǎn)換開關(guān)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。然而釩的氧化物有著多重價態(tài)（如V2+，V3+，V4+，V5+）以及由于點(diǎn)缺陷而存在Magnéli相如VnO2n-1(3≤n≤9)。所以，在釩的氧化物制備中氧環(huán)境對VO2相的形成非常重要。目前，基于VO2材料的光電器件應(yīng)用主要以薄膜狀態(tài)為

2、主。高質(zhì)量VO2外延薄膜的制備對于提高以及優(yōu)化器件應(yīng)用具有重要意義，理解VO2生長特性能夠更好的制備高質(zhì)量外延薄膜。限制VO2實(shí)際應(yīng)用的一個重要瓶頸問題是相對較高的相變溫度，因而探索有效的相變調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)控VO2相變溫度必將大大推動VO2相變材料在能源材料中的實(shí)際應(yīng)用?；谝陨?，本論文主要研究內(nèi)容以及取得的成果如下:
　　(1)、系統(tǒng)研究了薄膜生長過程中氧分壓對VO2薄膜相組分的影響。首次利用氧源射頻分子束外延（MBE）技

3、術(shù)制備出2英寸大小的VO2外延單晶薄膜，系統(tǒng)研究了氧空位在VO2相變過程中所起的作用，提出了一種新的觀點(diǎn)來解釋氧空位降低相變溫度的機(jī)制。
　　(2)、利用φ-scan x射線衍射研究了VO2/Al2O3外延薄膜面內(nèi)晶格匹配情況并提出了區(qū)域匹配的外延生長模型。首次利用高分辨同步輻射x射線衍射開展VO2/Al2O3外延薄膜生長特性的研究，發(fā)現(xiàn)了φ-scan過程中的復(fù)雜精細(xì)衍射結(jié)構(gòu)。根據(jù)界面多區(qū)域生長模型，我們很好的解釋了這種復(fù)雜精細(xì)衍

4、射結(jié)構(gòu)的來源。同時掠入射φ-scan x射線衍射實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了我們所提出的界面外延生長模型。這種晶體薄膜的外延生長模型對六重旋轉(zhuǎn)對稱性的其它襯底上生長VO2薄膜具有普適性。
　　(3)、開展VO2相變溫度調(diào)控的研究:首先制備了不同厚度的VO2/TiO2外延薄膜，發(fā)現(xiàn)相變溫度與薄膜的厚度密切相關(guān)。相變溫度隨著薄膜變薄逐步降低。利用同步輻射倒易空間成像方法研究了不同厚度的VO2薄膜中應(yīng)力演變的動力學(xué)過程，基于VASP軟件計(jì)算了不同應(yīng)