【摘 要】
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二氧化钒(VO2)薄膜材料具有在热或光条件激励下发生由半导体相到金属相的相转变,这种相变是可逆的,并且伴随着光学、电学等性质的变化,使VO2薄膜广泛应用于太赫兹波调制、光开关
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二氧化钒(VO2)薄膜材料具有在热或光条件激励下发生由半导体相到金属相的相转变,这种相变是可逆的,并且伴随着光学、电学等性质的变化,使VO2薄膜广泛应用于太赫兹波调制、光开关、红外探测技术等领域。由于制备单晶的VO2薄膜比较困难,不同的制备工艺得到的VO2薄膜性质具有很大的差异,所以制备的薄膜通常为多种价态钒氧化物混合的氧化钒(VOX)薄膜,通过优化工艺达到提高薄膜中VO2含量的目的,改善薄膜的性能。本文采用快速热处理结合磁控溅射镀膜制备得到具有相变特性的氧化钒薄膜,首先在R面蓝宝石基底表面沉积得到金属钒薄膜,再将薄膜置于氧气中进行快速热处理得到氧化钒薄膜,利用太赫兹时域频谱系统(THz-TDS)研究薄膜的太赫兹调制性能,利用四探针测试仪测量薄膜的热致相变特性,并利用XRD、XPS和AFM对薄膜进行微观分析。实验结果显示,厚度为70nm、120nm和270nm的金属钒薄膜快速热处理得到的氧化钒薄膜,对应最佳的热处理条件分别为450℃/60s、500℃/25s和570℃/60s,三种薄膜样品的热致相变幅度分别为2、3和4个数量级,均为VO2和V2O5的混合薄膜,对太赫兹波均有较大的透过率,厚度为270nm的金属钒薄膜热处理后对太赫兹波的调制幅度高达84.4%,明显高于其它两种薄膜。厚度为270nm的金属钒薄膜在最佳热处理条件下制备的VOX薄膜具有较小的相变起始功率和转变功率宽度。降低热处理温度或减少热处理时间均会使VOX薄膜对太赫兹波的透过率减小;升高热处理温度或增加热处理时间均会使VOX薄膜对太赫兹波的调制幅度减小。随着VOX薄膜热处理温度升高或热处理时间增加,薄膜中钒的价态升高,表面颗粒尺寸增大。
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