AlN應(yīng)力層調(diào)控激光脈沖沉積法生長(zhǎng)VO2薄膜相變特性研究.pdf

1、眾所周知，金屬釩與氧能形成多種氧化物(三氧化二釩(V2O3)，二氧化釩(VO2)和五氧化二釩(V2O5)等），在這些氧化物中釩可以以不同價(jià)態(tài)存在。一些釩氧化物在臨界溫度(T。)會(huì)表現(xiàn)出獨(dú)特的半導(dǎo)體—金屬相變特性，并伴隨著電阻率和紅外波段透過(guò)率的突變。其中VO2典型的相變臨界溫度為68℃（最接近室溫），在該臨界溫度以下，VO2表現(xiàn)為大電阻率的的絕緣體或者半導(dǎo)體，而在臨界溫度之上其電阻率急劇下降，顯示出金屬的導(dǎo)電特征。該可逆相變過(guò)程伴隨著晶

2、體結(jié)構(gòu)的顯著變化，即從低溫絕緣體單斜晶相(M，Monoclinic—P21/c)變化到高溫金屬四方相(R，Rutile—P42/mnm)。VO2薄膜的奇特相變性能使其在電子開(kāi)關(guān)、熱傳感器、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)磁盤(pán)和熱智能窗上具有極大的應(yīng)用前景，然而由于釩氧體系的復(fù)雜性和純VO2薄膜相對(duì)過(guò)高的相變溫度大大的限制了VO2作為新材料的應(yīng)用。人們通常降低VO2薄膜的相變溫度是通過(guò)高價(jià)離子摻雜的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但相變溫度降低的同時(shí)也使相變的幅度顯著減弱相變

3、回線展寬。因此將VO2相變臨界溫度調(diào)控到室溫附近并維持其突變的光電功能特性顯得尤為重要。本論文旨在采用脈沖激光沉積(PLD)方法生長(zhǎng)高質(zhì)量的純相VO2薄膜，并創(chuàng)新性提出通過(guò)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中引入AlN應(yīng)力層來(lái)控制VO2薄膜的相變溫度。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)研究了氧氣分壓對(duì)PLD法生長(zhǎng)VO2薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。由于釩氧體系的復(fù)雜性，純相VO2薄膜的生長(zhǎng)對(duì)氧氣分壓十分敏感，我們通過(guò)PLD法在0.1、0.5、1.0、1.5、2.0

4、Pa氧分壓下生長(zhǎng)了五組樣品，研究了氧分壓對(duì)生長(zhǎng)VO2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律，在優(yōu)化氧分壓下生長(zhǎng)了高質(zhì)量純相VO2薄膜。
　　(2)研究了在PLD法生長(zhǎng)VO2薄膜過(guò)程中原位AlN應(yīng)力層的引入對(duì)VO2薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過(guò)對(duì)比分析原位AlN應(yīng)力層引入前后樣品的晶體結(jié)構(gòu)和相變性能，探索了AlN應(yīng)力層引入對(duì)VO2薄膜相變性能的影響規(guī)律和物理機(jī)制。為通過(guò)引入界面應(yīng)力的方式調(diào)控VO2薄膜相變特性提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。