VO2制作工艺与相变特性研究

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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100~150nm,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。
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