VO2制作工艺与相变特性研究

论文摘要

二氧化钒（VO2）由于在68℃会发生金属-半导体相变而广为人知，在发生金属相变的过程中，VO2的晶格结构也会发生变化，由低温时的单斜相结构变成高温时四方晶红石相结构，其电阻也会发生三到四个数量级的跳变。但是实验发现某种特殊形式的VO2，并不具备相变特性，却呈现出近乎线性的电阻温度系数（TCR）特性，它的成分为VOx或B相VO2。相变型的二氧化钒可用于太阳能智能窗、激光防护、光开关及光存储等方面；高TCR并且电阻特性合适的二氧化钒可用于非制冷红外探测器；粉体（纳米线）具备比薄膜更优越的特性，它的结构应力更小，电阻跳变更大。分析了二氧化钒薄膜的相变机理，并简要介绍了VO2薄膜在非制冷红外探测器上面的应用。本论文以氮化硅、氧化钒双层膜系为基本框架，在硅基底上制备了Si3N4薄膜缓冲层，对其详细工艺给出了研究；在硅片上制备了VO2薄膜，并对比分析得出制备B相VO2薄膜和M/R相VO2薄膜的最佳镀膜参数；对TCR走势图做出了线性曲线拟合，能得出平均TCR值；通过TCR多项式曲线拟合，求导得到取零值，对应相变温度点。制备的VO2（M/R）薄膜相变前后电阻变化最大达到2个数量级，相变温度约42℃，迟滞回线宽度约2-3℃；制备的VO2（B）薄膜电阻特性在数十千欧级别，TCR为-2.56%。采用水热法制备了VO2（B）纳米线，对其工艺做出了详细研究，采用SEM对纳米线进行了形貌分析，产物的形状呈窄带状，其宽度在100150nm，长度在1μm左右，纳米二氧化钒粉体颗粒分布并非很不均匀，形成了一定的堆积和团簇，结晶形状良好；最后对其进一步的研究方向做了简单探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 2材料的几种制备方法'>1.3 VO₂材料的几种制备方法
• 1.4 本课题研究内容及意义
• 2 二氧化钒的相变理论及应用
• 2.1 钒氧体系
• 2的多种相态'>2.2 VO₂的多种相态
• 2相变晶体学理论'>2.3 VO₂相变晶体学理论
• 2的相变能带理论'>2.4 VO₂的相变能带理论
• 2的相变热力学和相变动力学理论'>2.5 VO₂的相变热力学和相变动力学理论
• 2的应用'>2.6 M/R 相 VO₂的应用
• 2的应用'>2.7 混合相 VOx 和 B 相 VO₂的应用
• 2.8 传感器理论
• 2.9 本章小结
• 3 氧化钒薄膜制备工艺研究
• 3.1 膜系的设计
• 3.2 硅片上氮化硅的制备
• 3.3 磁控溅射及其原理
• 3.4 清洗、镀膜、退火仪器介绍
• 3.5 基片的预备和清洗
• 3.6 镀膜参数的设置
• 3.7 磁控溅射过程
• 3.8 MSP-3200E 型磁控溅射镀膜机简介
• 3.9 本章小结
• 4 二氧化钒薄膜特性测试与分析
• 4.1 电阻测量仪器及其原理
• 4.2 电阻测量结果对比与分析
• 2薄膜的 R-T 数据处理'>4.3 VO₂薄膜的 R-T 数据处理
• 4.4 本章小结
• 2纳米线'>5 水热法制备 VO₂纳米线
• 5.1 水热法的定义
• 5.2 实验室用仪器及试剂
• 5.3 实验步骤和原理
• 5.4 SEM 测试结果与分析
• 5.5 纳米线电阻特性测量与总结
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献