基于二氧化钒相变的二维可调带隙光子晶体

论文摘要

二氧化钒（VO2）是一种具有相变特性的功能性材料,通过加热或载流子注入的方式,VO2会发生半导体相到金属相的可逆相变,在相变过程中,VO2的电阻率、光学常数等物理性质会发生突变。基于其相变特性,VO2被广泛应用于光电探测、光存储、光通信等领域。本文首先研究了VO2薄膜的制备以及薄膜的性能测试。详细论述了利用反应直流磁控溅射制备VO2薄膜的工艺方法;利用高分辨率X射线衍射仪（XRD）和高分辨率透射电镜（HRTEM）测试分析出VO2薄膜的组分及晶格结构。其次,本文依据VO2在相变前后光学常数发生变化,利用Rsoft7.0软件设计模拟出基于VO2相变的可调带隙光子晶体。通过软件模拟出VO2半导体相和金属相的色散曲线;设计出四方结构和六角结构的二维VO2-空气光子晶体,并分别模拟出在VO2为半导体相和金属相时的两种结构的光子带隙,通过对光子带隙的分析表明通过VO2的相变可以对光子晶体的带隙产生明显的调节作用;根据具体的工艺条件修正了两种结构的光子晶体的结构参数,模拟出相应的光子带隙,并设计出用于制作光子晶体的光学掩模版。最后,利用光刻和干法刻蚀制备出基于VO2相变的二维可调带隙光子晶体。总结出VO2薄膜干法刻蚀的工艺参数,采用金相显微镜和扫描电镜（SEM）对刻蚀后光子晶体的形貌进行了检测,光子晶体的制备比较理想。对二维可调带隙光子晶体进行了初步的微区傅立叶红外光谱（FTIR）测试和太赫兹（THz）波段的变温测试,通过对具体光子晶体的透射谱线的分析并未发现明显的光子带隙,还将对其进行进一步测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 2 的相变特性和相变机制'>1.2 VO₂的相变特性和相变机制
• 2 的应用及研究现状'>1.3 VO₂的应用及研究现状
• 1.4 本课题的研究意义和主要内容
• 2薄膜的制备及性能测试'>2 VO₂薄膜的制备及性能测试
• 2 薄膜的主要制备方法'>2.1 VO₂薄膜的主要制备方法
• 2 薄膜衬底的制备'>2.2 VO₂薄膜衬底的制备
• 2 薄膜'>2.3 反应直流磁控溅射制备 VO₂薄膜
• 2 薄膜的性能测试'>2.4 VO₂薄膜的性能测试
• 2.5 本章小结
• 2可调带隙光子晶体的设计与制备'>3 二维 VO₂可调带隙光子晶体的设计与制备
• 3.1 光子晶体简介
• 3.2 光子晶体的理论研究方法
• 2 可调带隙光子晶体的模拟'>3.3 二维 VO₂可调带隙光子晶体的模拟
• 3.4 光学掩模版的设计
• 3.5 本章小结
• 2可调带隙光子晶体的制备与测试'>4 二维 VO₂可调带隙光子晶体的制备与测试
• 2 可调带隙光子晶体的制备'>4.1 二维 VO₂可调带隙光子晶体的制备
• 2 可调带隙光子晶体的测试'>4.2 二维 VO₂可调带隙光子晶体的测试
• 4.3 本章小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献