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VO2作为一种热敏功能材料,具有半导体-金属相变特性,在68℃会发生由单斜结构半导体相向金红石结构金属相的可逆转变。相变时的电阻率、磁化率、对光透射率和反射率等都会发生突变,其中薄膜形态VO2的电阻变化幅度可高达4到5个数量级,所以VOx薄膜的制备方法和性能研究一直成为研究热点。本文用直流反应磁控溅射的方法制备出VOx薄膜,利用现代材料分析测试仪器,如LCR测试仪、箱式单臂电桥、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、薄膜内耗仪等对薄膜进行检测。
文章第一章主要介绍薄膜材料的有关进展,对钒的氧化物做了简单概述,对VO2的种类、晶体结构、相变机理和应用情况做了重点介绍;并说明了本论文的研究目的、主要内容、思路和创新点。
第二章对薄膜的各种制备方法及原理、本论文所用磁控溅射设备的原理、实验步骤和所需实验材料、薄膜的检测技术和设备、薄膜的成膜机理等做了详细阐述。
第三章主要讨论VOx薄膜的制备工艺(溅射气压、氧气与氩气流量比、工作电源其功率)对薄膜沉积质量的影响,通过分析薄膜的电阻-温度曲线、XRD及形貌特征,得出本实验室条件下制备VOx薄膜的最佳工艺,使薄膜电阻突变、结构和形貌状态达到最优;通过改变衬底材料分析衬底对薄膜的影响。
第四章描述了W掺杂VOx薄膜的制备情况,通过改变W的掺杂方式、不同电源、功率,探究W掺杂VOx薄膜的最佳制备方法,在最大程度保持VOx薄膜电阻突变特性的前提下降低其相变温度,使其相变温度接近室温。
第五章讲述了VOx及其掺杂薄膜的内耗和杨氏模量,研究了薄膜的力学性能随文的的变化情况。
文章最后部分对全文做了总结,提出了本课题研究过程中出现的不足之处,并对今后的研究进行进一步的展望。