应变调控二氧化钒薄膜相变特性的初步研究

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二氧化钒(VO2)的半导体-金属相变致使其光学性质发生显著变化,电导率也伴随着发生3-5个量级的改变。这一性质使得VO2的研究在光电子器件领域具有重要的科学意义和应用前景。广泛的研究表明温度、外电场以及脉冲激光可以驱动VO2半导体-金属相变的发生。但除此以外,晶格应力的改变也可以大幅调控其相变特性来实现光电子器件的应用。本文以研究应变调控的VO2薄膜为目的,在材料合成、相变表征、应变调控等方面做了一些基础性的工作,主要研究内容和成果如下:  (1)提出了相变材料温度-电阻率数值上的经验模型。模型与实际测量数据变化规律吻合,基于此模型可以量化表征相变特性的各种参数;  (2)采用离子束溅射+后退火工艺,在多种基底上成功制备了相变前后具有三个量级以上电阻率变化的VO2薄膜,讨论了不同基底和不同氧含量对薄膜性状和性质的影响;  (3)探索了柔性衬底上生长VO2薄膜的工艺,使用空气退火的方法在聚酰亚胺基底上制备了半导体态氧化钒,从内应力角度解释了柔性基底无法制备高质量VO2薄膜的原因;  (4)通过优化工艺参数,在蓝宝石基底上制备了相变前后接近四个量级电阻率变化的VO2薄膜,使用二探针I-V扫描的方法观察到了电致相变的发生并讨论了温度和应变的影响。
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