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热氧化法制备二氧化钒薄膜及其相变性能研究

作　者: 曾富强
导　师: 叶勤
学　校: 暨南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: VO2薄膜 热氧化 磁控溅射 相变温度 热致变色 氧化钒薄膜
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文以VO2薄膜为研究对象,采用磁控溅射法在普通玻璃、石英玻璃和Si02/Si(100)基片上沉积金属V膜,然后分别在空气及氧气气氛中用热氧化法探索制备具有相变性能的VO2薄膜的条件。用x-射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计、X-射线光电子能谱仪(XPS)和自组装电阻—温度测试装置等,分析氧化温度和不同基片对薄膜的微观结构、光学性能、电学性能、相变温度及其组分的影响。结果表明：1.以普通玻璃为基片,沉积膜厚为300nm金属V膜,将其在空气中进行热氧化。在热氧化温度分别为400℃、450℃时,进行热氧化1h,得到具有相变性能的VO2薄膜。其中热氧化温度400℃获得的VO2薄膜,相变温度Tc约为50℃,热滞宽度ATs约为10℃,测试温度超过60℃时近红外光学透过率接近O。2.以普通玻璃为基片,沉积不同厚度的金属V膜,将其在氧气气氛中进行热氧化。发现当金属V薄膜厚度较厚,热氧化形成具有相变性能的VO2薄膜时,热氧化温度范围较宽,且突变性能相对较好。3.在石英玻璃和SiO2/Si(100)基片上,在金属V膜厚度、氧化气氛和氧化温度等相同条件下制备VO2薄膜,发现在石英玻璃基片上的样品具有相变性能,但在SiO2/Si(100)基片上的样品没有相变性能。其中以石英玻璃为基片,300nm金属V膜在空气中400℃热氧化具有良好的光学突变性能,相变温度Tc约为60℃,热滞宽度△Ts为16℃,近红外光学透过率突变高达50%,可见光的透过率接近40%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 引言  8
  1.2 VO_2的结构和性质  8-12
    1.2.1 VO_2的晶体结构  8-9
    1.2.2 VO_2的能带结构  9-10
    1.2.3 光学性质  10-12
    1.2.4 电学性质  12
  1.3 VO_2薄膜的应用  12-14
    1.3.1 智能窗  13
    1.3.2 光电开关  13-14
    1.3.3 光存储  14
    1.3.4 红外探测器  14
  1.4 VO_2薄膜的制备方法  14-16
    1.4.1 蒸发法  15
    1.4.2 溅射法  15
    1.4.3 脉冲激光沉积法(PLD)  15-16
    1.4.4 化学气相沉积法(CVD)  16
    1.4.5 溶胶-凝胶法  16
  1.5 研究进展  16-18
  1.6 本论文主要的研究内容  18-19
第二章 实验设备、研究方法及检测仪器  19-29
  2.1 实验设备  19-20
  2.2 实验材料和试剂  20
  2.3 研究方法和流程  20-22
  2.4 磁控溅射技术简介  22-24
    2.4.1 磁控溅射原理概述  22-23
    2.4.2 磁控溅射设备  23-24
  2.5 热氧化法生长薄膜  24
  2.6 基片的清洗  24-25
  2.7 检测仪器  25-29
    2.7.1 台阶仪  25
    2.7.2 X-射线衍射仪  25
    2.7.3 原子力显微镜  25
    2.7.4 紫外-可见分光光度计  25
    2.7.5 傅立叶红外光谱仪  25-26
    2.7.6 X-射线光电子能谱仪  26-28
    2.7.7 自组装电阻—温度测试设备  28-29
第三章 空气中热氧化制备VO_2薄膜  29-38
  3.1 VO_2薄膜样品的制备  29-30
    3.1.1 金属V膜的制备  29
    3.1.2 热氧化生长VO_2薄膜  29-30
  3.2 样品的测试结果与讨论  30-37
    3.2.1 样品的XRD分析  30-31
    3.2.2 表面形貌分析  31-32
    3.2.3 光学性能分析  32-34
    3.2.4 电学性能分析  34-35
    3.2.5 样品化合价态分析  35-37
  3.3 小结  37-38
第四章 氧气气氛下热氧化制备VO_2薄膜  38-47
  4.1 VO_2薄膜样品的制备  38-39
    4.1.1 金属V膜的制备  38
    4.1.2 热氧化生长VO_2薄膜  38-39
  4.2 薄膜的测试结果与讨论  39-46
    4.2.1 光学性能分析  39-43
    4.2.2 电学性能分析  43-45
    4.2.3 样品的XRD分析  45-46
  4.3 小结  46-47
第五章 石英和SiO_2/Si(100)基片上热氧化生长VO_2薄膜  47-56
  5.1 VO_2薄膜的制备  47-49
    5.1.1 基片清洗  47
    5.1.2 金属V膜的制备  47-48
    5.1.3 热氧化生长VO_2薄膜  48-49
  5.2 测试结果与讨论  49-55
    5.2.1 光学性能分析  49-51
    5.2.2 电学性能分析  51-53
    5.2.3 样品的XRD分析  53-54
    5.2.4 表面形貌分析  54-55
  5.3 小结  55-56
第六章 总结与展望  56-58
  6.1 总结  56-57
  6.2 展望  57-58
参考文献  58-63
在校期间发表论文  63-64
致谢  64

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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