【摘 要】
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近年来,随着数字信息产业的不断发展和智能设备的大力推广,半导体制造和集成电路产业得到了迅猛的发展,将传统硅基半导体技术推向高峰,半导体芯片上电子元器件密度迅速增加。然而,随着传统硅基元器件的特征尺寸逐渐逼近物理极限,带来了许多技术难题,如短沟道效应、较大的漏电流和功耗、漏致势垒降低效应、栅对沟道区控制能力衰弱等,严重地制约着半导体技术的进一步发展。为了解决这些问题,研究人员一方面在现有的基础上对器
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近年来,随着数字信息产业的不断发展和智能设备的大力推广,半导体制造和集成电路产业得到了迅猛的发展,将传统硅基半导体技术推向高峰,半导体芯片上电子元器件密度迅速增加。然而,随着传统硅基元器件的特征尺寸逐渐逼近物理极限,带来了许多技术难题,如短沟道效应、较大的漏电流和功耗、漏致势垒降低效应、栅对沟道区控制能力衰弱等,严重地制约着半导体技术的进一步发展。为了解决这些问题,研究人员一方面在现有的基础上对器件的结构进行优化或重新设计,改良制备工艺等手段来缓解半导体技术产业发展当中面临的矛盾和瓶颈;另一方面,也正试图开发新型高性能的半导体材料来部分或者完全替代当前的硅基半导体。其中,具有金属-绝缘体相变特性（Metal-Insulator Transition,MIT）的金属氧化物材料,特别是相变温度最接近室温的二氧化钒（Vanadium dioxide,VO2）,由于其相变前后在电阻率和光学透过率等物理性质会发生巨大且快速的变化,使得VO2材料在电学开关、智能窗、光电探测器和存储器件等方面显示出巨大的应用前景。在此背景下,本论文针对VO2这一典型的相变材料,开展了基于VO2微米结构的制备,相变调控以及光电探测的基础研究。内容包括如下:（一）利用简单、有效的蒸汽-固体法,以五氧化二钒（Vanadium pentoxide,V2O5）粉末为前驱体,在500 nm Si O2/Si衬底上成功制备了高质量的VO2微米结构包括二维VO2薄膜和一维VO2微米线,并对其生长机理进行了系统的研究。（二）研究VO2薄膜和微米线的电学相变特性。其中,VO2薄膜的相变温度约为340 K,并且通过调控前驱体用量制备了4种具有不同单晶微片尺寸的VO2薄膜,薄膜电阻率变化的量级与微片的平均尺寸成正比,电阻率变化最高可达4.2个数量级。制备的VO2微米线相变温度为416 K,较高的相变温度主要归因于衬底的应力效应。进一步研究了等离子体轰击对VO2微米线相变特性的影响,通过氧等离子体轰击处理,VO2微米线的相变温度降低到340 K。（三）基于上述制备的VO2微米结构,制备了VO2光电探测器。研究了VO2薄膜在850 nm照射下的光响应特性,以及VO2微米线在可见光下的光响应特性。此外,通过利用激光氧化VO2微米线的表面,形成VO2/V2O5异质结构,将VO2微米线在可见光下的光响应度提高了两个数量级。
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