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低相变温度VO₂薄膜的制备

作　者: 黄章立
导　师: 黄鹰
学　校: 华中科技大学
专　业: 光电信息工程
关键词: VO2薄膜相变温度电阻系数微测辐射热计反应离子束溅射
分类号: TN304.055
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 66次
引　用: 1次
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内容摘要

由于VO₂在68℃时会发生金属-半导体相变而为人所知,在发生金属-半导体相变的过程中,VO₂的晶体结构也会随之发生变化,由低温的单斜结构转变为高温时的四方金红石结构。同时相变也会引起VO₂薄膜光学和电学性能的突变,低温时（<20℃）,VO₂薄膜对红外光保持较高的透过率,而高温时（>50℃）,VO₂薄膜也由低温时对红外光的高透转变为高反,并且半导体态到金属态的转变过程中,VO₂薄膜的电阻也会减小三到四个数量级。由于具有这两个优良的特性,VO₂薄膜的应用范围非常广阔,主要应用于微测辐射热计,太阳能智能窗,激光防护,光开关及光存储等方面。而目前很多的科研工作都围绕着降低VO₂薄膜的相变温度和提高其可见光的透过率两个方面进行。论文的主要内容如下:1.分析了VO₂薄膜的相变机理,利用TFCalc膜系设计软件进行了以玻璃为基底的膜系设计,得到了最佳透过率的各层膜系的理论厚度,为后续的实验作指导;2.介绍了反应离子束溅射和磁控溅射法制备VO₂薄膜的工艺流程,并利用反应离子束溅射镀膜后退火处理两步法获得了相变性能良好的VO₂薄膜,对对二氧化钒薄膜生长和相变性能影响十分显著的几个工艺参数,即衬底温度、退火温度、退火时间和氧氩流量作了深入的分析和探讨,最终得到了最佳的工艺参数;3.用四探针测试仪、红外光谱仪、X射线衍射测试仪（XRD）、扫描透镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对薄膜的电学特性、光学特性、表面形貌和物相成分进行了测试。结果显示所得的VO₂薄膜的颗粒大小为纳米量级,且其相变温度为30℃,低温到高温的红外光透过率测试显示了薄膜具有良好的红外光开关特性;4.介绍了VO₂薄膜在太阳能智能窗和微测辐射热计方面的应用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 钒的氧化物形式  11
  1.3 VO_2 薄膜的光学和电学特性  11-13
  1.4 VO_2(B)结构及性质的初步探索  13-15
  1.5 VO_2 薄膜的制备方法  15-18
  1.6 VO_2 薄膜的应用  18-19
  1.7 本课题研究内容及意义  19-20
  1.8 本章小结  20-21
2 VO_2 相变理论及膜系设计  21-28
  2.1 VO_2 晶体结构  21-22
  2.2 相变机理的初步分析  22-23
  2.3 膜系设计  23-26
  2.4 多层膜系的设计及其优化  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 VO_2 薄膜的制备工艺研究  28-44
  3.1 相变VO_2 薄膜的制备工艺  28-38
  3.2 VO_2(B)薄膜的制备工艺  38-43
  3.3 本章小结  43-44
4 VO_2 薄膜性能测试  44-60
  4.1 VO_2 薄膜温度电阻特性  44-47
  4.2 VO_2(B)薄膜TCR 的测试  47-48
  4.3 玻璃基底上VO_2 薄膜近红外透过率的测试  48-50
  4.4 VO_2 薄膜XRD 分析测试  50-52
  4.5 VO_2 薄膜SEM 分析测试  52-54
  4.6 VO_2 薄膜AFM 分析测试  54-56
  4.7 VO_2 薄膜光学常数测试  56-59
  4.8 本章小结  59-60
5 二氧化钒薄膜的应用  60-68
  5.1 VO_2 薄膜在太阳能智能窗的应用  60-62
  5.2 VO_2(B)薄膜在微测辐射热计的应用  62-67
  5.3 本章小结  67-68
6 总结与展望  68-70
  6.1 全文总结  68-69
  6.2 后续工作展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
附录  75

低相变温度VO2薄膜的制备

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