氧化钒薄膜的掺杂及电阻突变特性研究

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VO2是一种相变型金属氧化物,随温度的升高,在相变温度(Tc=68℃)发生从低温单斜结构向高温四方金红石结构的转变,同时,伴随着电阻率和红外光透过率的突变。这一特有的性质使VO2在众多领域具有好的应用前景。从上世纪八十年代开始的对VO2的掺杂研究表明:掺杂能明显改变VO2薄膜的相变温度,进而影响其光电性能。因为VO2的应用中绝大多数都要求其相变温度接近室温,所以是否可以通过掺杂手段使其相变温度降至室温附近,并使掺杂薄膜的性能发生有利于应用要求的相应变化是近来VO2薄膜掺杂改性的研究主题。针对VO2薄膜的研究发展动向和实践的需要,本论文主要在掺入不同价态的过渡金属杂质(Zr4+以及Cr3+对VO2薄膜性能产生的影响等方面进行了基础研究。具体而言,本论文从事的主要工作如下:(1)本文首先利用无机溶胶-凝胶法制备了含有4价锆的VO2薄膜,通过改变掺杂浓度,测定了在不同掺杂浓度下VO2薄膜的电阻-温度关系曲线。在此基础上,本文进一步探讨了掺杂浓度与VO2薄膜相变温度、电阻突变数量级以及热滞宽度的关系。实验结果表明:随Zr含量的增加,VO2薄膜的半导体-金属转变温度和电阻突变数量级呈线性下降,同时,随掺杂量的增加,VO2薄膜的热滞宽度的变化规律是先减小后增大。(2)本文以掺锆为例,探讨了不同的真空退火温度对VO2薄膜的相变温度、电阻突变数量级以及热滞宽度有何影响。通过对比不同退火温度下的测试结果可知:经450℃退火后的掺杂VO2薄膜与其它退火温度所得的VO2薄膜相比,具有较低的相变温度以及较为明显的电阻突变数量级。因此,在350~500℃之间,VO2薄膜的最佳退火温度为450℃。(3)最后,本文采用无机溶胶-凝胶法制备了含有3价铬的VO2薄膜,研究了其掺杂量与电阻突变特性的关系。经测试发现,在开始阶段,随Cr3+浓度地增加,VO2薄膜的相变温度降低,当Cr3+浓度达到一定值之后,其相变温度随浓度地升高而迅速上升。同时,VO2薄膜的电阻突变量随Cr3+浓度地增加而减小。而热滞宽度的变化规律是先增大后减小。
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