VO₂在68℃附近发生金属-半导体相变,从高温四方金红石结构转变为低温单斜结构。相变前后,VO₂的电阻和红外光透射率等电学、光学性质发生极大的改变。VO₂独特的相变特性有望应用于各种光学和电学器件,例如光开关、智能窗、存储设备等。对磁控溅射得到的金属钒薄膜快速热氧化是制备VO₂薄膜的常用方法,这种方法将溅射过程和氧化过程分离开,降低了制备要求,重复性高,可控性好。但这种方法制备的VO₂薄膜相变性能较差,难以满足实际应用的要求,因此,探究溅射条件和热处理条件对VO₂薄膜成分、结晶和相变性能的影响规律,优化VO₂薄膜的相变性能成为一项重要的课题。本论文首先研究了金属钒薄膜初始状态对VO₂薄膜相变性能的影响。金属钒薄膜利用磁控溅射法制备,溅射过程中,通过调节溅射功率改变钒薄膜的初始状态,结果发现,溅射功率的提高有利于金属钒颗粒尺寸的增大。随后利用快速热退火对金属钒薄膜进行氧化,氧化条件相同,发现颗粒尺寸较大的金属钒退火后的钒氧化物以VO₂为主,颗粒尺寸较小的金属钒退火后的钒氧化物中有V₂O₅生成,这说明颗粒尺寸较小的金属钒被过度氧化。根据阻温曲线对钒氧化物的相变性能进行分析,发现钒氧化物薄膜相变幅度在金属钒颗粒尺寸增大时表现出先增加后减小的趋势,这与钒氧化物中VO₂的含量有关。平均颗粒半径为8.8nm的金属钒退火后的VO₂薄膜相变幅度达到最大,约为20.5倍,但仍然不能满足实际应用要求。为了进一步提高VO₂薄膜的相变幅度,本论文对VO₂薄膜进行管式炉热处理,发现热处理后VO₂晶粒尺寸明显增大,薄膜的相变幅度由90倍增加至1694倍,说明管式炉热处理能有效改善VO₂薄膜的相变性能,原因在于晶粒尺寸增大后,晶界密度降低。本研究通过调控金属钒薄膜的初始状态、增加VO₂薄膜管式炉热处理过程,优化了VO₂薄膜的相变性能,最终得到相变幅度超过三个量级的VO₂薄膜,这对于VO₂薄膜制备工艺的改进有一定帮助。