VO2薄膜的制备与特性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 潘梅 |
| 答辩日期 | 2004-06-28 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陆卫 |
| 关键词 | Vo2薄膜 溶胶-凝胶法 第一性原理 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | VO2是一种具有金属-半导体相变的过渡金属氧化物，在光学存储、光电开关、太阳能控制及激光防护等方面有着重要的应用。近年来，因其在微测辐射热计非致冷红外焦平面的研制方面取得突破而备受关注。随着薄膜技术的发展，人们可以利用各种不同的方法制备VO2薄膜，例如蒸发法、溅射法、金属-有机化学气相沉积、脉冲激光沉积和溶胶-凝胶法等。其中溶胶-凝胶法是一种操作简单、成本低廉的薄膜制备方法。其制备的薄膜具有高纯度、符合化学计量比和易掺杂等特点。VO2薄膜在微测辐射热计非致冷红外焦平面上的应用主要是利用了其在68oC附近发生金属-半导体相变，因而在室温下具有较大电阻温度系数的性质。通过适当的金属离子掺杂可以提高VO2薄膜在室温附近的电阻温度系数，从而有利于其在红外焦平面上的应用。而对VO2的金属相和半导体相的能带结构和电子状态等的理论分析以及对掺杂和非化学计量比等缺陷态的理论计算结果，对于从微观角度深入了解VO2的结构和相变，提供了有力的证据，并可籍此来改善其电阻温度系数等性质，以期得到更好的应用。本论文主要以溶胶-凝胶法制备了VO2薄膜，研究了薄膜的一些主要性质和不同工艺参数对薄膜性质的影响，并以基于密度泛函理论的第一性原理的计算机模拟为工具，对其进行了理论计算，得到了一些有意义的结果。在第二章，我们首先介绍了使用溶胶-凝胶法，以乙酰丙酮氧钒和异丙氧基氧钒为前驱体，制备无掺杂和掺钨或铬的VO2薄膜的过程以及薄膜的性质表征。研究了退火气氛、时间、温度和退火方式等工艺条件对薄膜性质的影响。研究了钨和铬的掺杂对金属-半导体相变温度和电阻温度系数带来的改变。其中钨的掺杂将TCR值从1.8% K-1 提高到 5.2%K-1。这对于制备非致冷微测辐射热计红外焦平面是很有帮助的。通过变温拉曼光谱研究了VO2薄膜的相变过程并以薄膜中的粒径分布为参数给出一个相变回线模型。第三章通过基于第一性原理密度泛函理论的VASP电子结构计算软件分析了四方相和单斜相VO2的能带结构和电子分布的性质，并与光谱实验数据相比较，得出了合理的计算结果：四方相VO2的态密度图显示金属结构，而单斜相为半导体的能带结构，其中d态电子的局域性和强库仑相互作用在半导体带隙的打开中起着关键的作用，VO2的金属-半导体相变应该属于Mott相变的类型。对金属离子掺杂W（Cr）-VO2体系进行了理论计算。总能计算表明钨或铬的掺杂在VO2晶格中优先产生替位缺陷；同时，缺陷的引入使晶格结构发生畸变，产生了不V-V间距，导致V-V之间耦合强度的变化；电荷密度图也表明存在掺杂金属与V之间的电荷转移。而单斜态结构的计算结果表明，掺钨的氧化钒体系中，半导体结构带隙变窄。这些结果为金属离子掺杂改变VO2相变温度的实验现象提供了一定的理论依据。再次，根据第一性原理的计算结果，分析了氧含量对VO2纳米粉的晶格特性和结构相变造成的影响：缺氧样品中形成钒填隙，富氧样品中形成氧填隙，两种缺陷分别造成晶胞体积的膨胀；缺陷带来的各向异性造成晶粒形状的改变；同时，不同缺陷态造成的能带中电子状态的改变也可能成为影响氧化钒的结构相变特性的重要因素之一。第四章对本论文进行了小结，并对可能的后续工作进行了展望。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-06-25 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4125]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 潘梅. VO2薄膜的制备与特性研究[D]. 中国科学院研究生院. 2004. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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