基于AZO/VO_2/AZO结构的电压诱导相变红外光调制器

采用直流磁控溅射和后退火工艺先在掺Al氧化锌(AZO)导电玻璃基底上制备了高质量的VO_2薄膜,再在VO_2膜层上制备AZO导电膜,最终制备出了AZO/VO_2/AZO三明治结构.测试了VO_2/AZO复合薄膜和AZO/VO_2/AZO三明治结构的组分、微结构以及光学特性,结果表明VO_2/AZO复合薄膜在800—2300 nm红外区域其相变前后的最大透过率差值达24%,而AZO/VO_2/AZO三明治结构在相同波长范围内其相变前后的最大透过率差值可达31%.通过在AZO/VO_2/AZO三明治结构导电膜层上施加不同电压,观察到不同外界温度下电流的突变,当外界温度越高,所需阈值电压越低.AZO/VO_2/AZO三明治结构性能稳定,制备工艺简单,有望应用于集成式红外光调制器.     

基于FTO/VO2/FTO结构的VO2薄膜电压诱导相变光调制特性

采用直流磁控溅射和后退火工艺在掺氟的SnO₂(FTO)导电玻璃衬底上制备VO₂薄膜, 研究了不同退火时间和不同比例的氮氧气氛对VO₂薄膜性能的影响, 对VO₂薄膜的结晶取向、表面形貌、表面元素的相对含量和透过率随波长变化进行了测试分析, 结果表明在最佳工艺条件下制备得到了组分相对单一的VO₂薄膜. 基于FTO/VO₂/FTO结构在VO₂薄膜两侧的透明导电膜上施加电压并达到阈值电压时, 观察到了明显的电流突变. 当接触面积为3 mm×3 mm时, 阈值电压为1.7 V, 阈值电压随接触面积的增大而增大. 与不加电压的情况相比, FTO/VO₂/FTO结构在电压作用下高低温的红外透过率差值可达28%, 经反复施加电压, 该结构仍保持性能稳定, 具有较强的电致调控能力.     

硅基二氧化钒相变薄膜电学特性研究

本文以原子层沉积超薄氧化铝(Al₂ O₃)为过渡层, 采用射频反应磁控溅射法在硅半导体基片上制备了颗粒致密并具有(011)择优取向的二氧化钒(VO₂)薄膜. 该薄膜具有显著的绝缘体–金属相变特性, 相变电阻变化超过3 个数量级, 热滞回线宽度约为6℃. 基于VO₂薄膜构建了平面二端器件并测试了不同温度下I-V曲线, 观测到超过2个数量级的电流跃迁幅度, 显示了优越的电致相变特性. 室温下电致相变阈值电压为8.6 V, 电致相变弛豫电压宽度约0.1 V. 随着温度升高到60℃, 其电致相变所需要的阈值电压减小到2.7 V. 本实验制备的VO₂薄膜在光电存储、开关、太赫兹调控器件中具有广泛的应用价值.     

退火温度对新型有源层WZTO薄膜晶体管性能的影响

通过溶液法制备了新型有源层钨锌锡氧化物(WZTO)薄膜晶体管(TFT),研究了不同退火温度对WZTO薄膜和TFT器件性能的影响。XRD结果表明即使退火温度达到500℃,WZTO薄膜仍为非晶态结构。W掺杂显著降低了薄膜表面粗糙度,其粗糙度均从0. 9 nm降低到0. 5 nm以下;但不影响薄膜可见光透过率,其透过率均大于85%。同时XPS分析证实随退火温度升高,WZTO薄膜中对应氧空位的峰增加。制备的WZTO器件阈值电压由8. 04 V降至3. 48 V,载流子迁移率随着退火温度的升高而增大,开关电流比达到107。     

VO_2/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究

采用直流磁控溅射和后退火氧化的方法在掺铝氧化锌(AZO)导电玻璃上制备了二氧化钒(VO2)薄膜,研究了不同的退火温度、退火时间对VO2/AZO复合薄膜制备的影响,并对复合薄膜的结构、组分、光电特性进行了测试与分析.结果表明,导电玻璃上的AZO没有改变VO2的取向生长,但明显改变了VO2薄膜的表面形貌特征.与用相同工艺和条件在普通玻璃基底上制备的VO2薄膜相比,VO2/AZO复合薄膜的相变温度降低约25?C,热滞回线宽度收窄至6?C,相变前后可见光透过率均在50%以上,1500 nm处红外透过率约为55%和21%,电阻率变化达3个数量级.该复合薄膜表面平滑致密,制备工艺简单,性能稳定,可应用于新型光电器件.     

磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析

为了获得相变温度低且热致变色性能优越的光学材料, 室温下在F:SnO₂ (FTO)导电玻璃基板表面沉积钨钒金属膜, 再经空气气氛下的热氧化处理, 制备了W掺杂VO₂/FTO复合薄膜, 利用X射线光电子能谱、X射线衍射和扫描电镜对薄膜的结构和表面形貌进行了分析. 结果表明: 高温热氧化处理过程中没有生成W, F, V混合氧化物, W以替换V原子的方式掺杂. 与采用相同工艺和条件制备的纯VO₂/FTO复合薄膜相比, W掺杂VO₂薄膜没有改变晶面取向, 仍具有(110)晶面择优取向, 相变温度下降到35 ℃左右, 热滞回线收窄到4 ℃, 高低温下的近红外光透过率变化量提高到28%. 薄膜的结晶程度明显提高, 表面变得平滑致密, 具有很好的一致性, 对光电薄膜器件的设计开发和工业化生产具有重要意义. 关键词： W掺杂 2')" href="#">VO₂ FTO导电玻璃 磁控溅射     

Au/VO_2双层薄膜纳米点阵的光学特性

基于VO_2薄膜的热致相变特性,利用修正的Sellmeier色散模型和有限时域差分法计算了Au/VO_2双层薄膜纳米点阵的透过率和反射率,发现其存在反转效应,且反转效应受点阵间距、膜层厚度和颗粒半径等参量调控.随着颗粒间距的增大,透射谱中谐振峰的位置发生红移,透过率反转差值增加,但间距进一步增大时,反转效应消失.随着Au/VO_2膜层厚度的减小,透过率明显增大,透过率反转差值也随之改变.随着颗粒尺寸的增大,相变前后的透过率差值逐渐增大,但当颗粒尺寸进一步增大时,透过率反转效应不明显.对点阵间距、膜层厚度和颗粒半径的优化结果表明,Au/VO_2双层薄膜纳米点阵间距为9.8nm、VO_2层厚度和Au层厚度均为110nm、颗粒半径为58nm时,反转效应最明显,其相对透过率反转差值可达91%,其相对反射率反转差值可达90%.     

VO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究

采用直流磁控溅射和后退火氧化的方法在掺铝氧化锌(AZO)导电玻璃上制备了二氧化钒(VO₂)薄膜,研究了不同的退火温度、退火时间对VO₂/AZO复合薄膜制备的影响,并对复合薄膜的结构、组分、光电特性进行了测试与分析. 结果表明,导电玻璃上的AZO没有改变VO₂的取向生长,但明显改变了VO₂薄膜的表面形貌特征. 与用相同工艺和条件在普通玻璃基底上制备的VO₂薄膜相比,VO₂/AZO复合薄膜的相变温度降低约25 ℃,热滞回线宽度收窄至6 ℃,相变前后可见光透过率均在50%以上,1500 nm处红外透过率约为55%和21%,电阻率变化达3 个数量级. 该复合薄膜表面平滑致密,制备工艺简单,性能稳定,可应用于新型光电器件. 关键词： 2')" href="#">VO₂ AZO 热致相变 光电特性     

超声喷雾热解法制备氮掺杂纳米TiO_2薄膜及其光催化特性研究

利用超声喷雾热解法在玻璃衬底上制备了不同沉积温度下的氮掺杂纳米TiO2薄膜,并525℃的退火处理.通过SEM,XRD和UV-Vis透过光谱等表征手段研究了TiO2薄膜表面形貌、结构特性和光催化特性,并探讨了掺杂作用机理.SEM结果表明,在400℃温度下掺N(原子数分数4%)的TiO2薄膜表面比较均匀,致密性好;XRD分析得出,该薄膜是多晶锐钛矿结构;UV-Vis透过光谱分析得出,该薄膜在可见光区的平均透过率为82%,吸收边红移77 nm,计算得知其禁带宽度变小.在紫外光的照射下,氮掺TiO2薄膜对亚甲基蓝溶液具有良好的光催化降解作用,降解率可达46.6%.     

基于金属掺杂ITO透明导电层的紫外LED制备

为降低ITO薄膜对紫外波段的光吸收,制备低电压高功率的紫外LED,研究了一种基于金属掺杂ITO透明导电层的365 nm紫外LED的制备工艺。利用1 cm厚的石英片生长了不同厚度ITO薄膜以及在ITO上掺杂不同金属的新型薄膜,并研究了在不同的退火条件下这种薄膜的电阻和透过率,分析了掺杂金属ITO薄膜的带隙变化。将这种掺杂的ITO薄膜生长在365 nm外延片上并完成电极生长,制备成14 mil×28 mil的正装LED芯片。利用电致发光（EL）设备对LED光电性能进行测试并对比。实验结果表明:掺Al金属的ITO薄膜能够相对ITO薄膜的带隙提高0.15 eV。在600℃退火后,方块电阻降低6.2 Ω/□,透过率在356 nm处达到90.8%。在120 mA注入电流下,365 nm LED的电压降低0.3 V,功率提高14.7%。ITO薄膜掺金属能够影响薄膜带隙,改变紫光LED光电性能。     

金属Pt薄膜上二氧化钒的制备及其电致相变性能研究

通过引入SiO₂氧化物缓冲层, 在金属Pt电极上利用射频磁控溅射技术成功制备出高质量的VO₂薄膜. 详细研究了SiO₂厚度对VO₂薄膜的晶体结构、微观形貌和绝缘体–金属相变(MIT)性能的影响. 结果表明厚度0.2 μm以上的SiO₂缓冲层能够有效 消除VO₂薄膜与金属薄膜之间的巨大应力, 制备出具有明显相变特性的VO₂薄膜. 当缓冲层达到0.7 μm以上, 获得的薄膜具有明显的(011)晶面择优取向, 表面平整致密, 相变前后电阻率变化达到3个数量级以上. 基于该技术制备了Pt-SiO₂/VO₂-Au三明治结构, 通过在垂直膜面方向施加很小的驱动电压, 观察到明显的阶梯电流跳跃, 证实实现了电致绝缘体–金属相变过程. 该薄膜制备工艺简单, 性能稳定, 器件结构灵活可应用于集成式电控功能器件. 关键词： 二氧化钒薄膜 相变特性 电致相变 阈值电压     

花状掺杂W-VO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;/ZnO热致变色纳米复合薄膜研究

为解决掺杂引起的二氧化钒薄膜的红外调制幅度下降以及二氧化钒复合薄膜相变温度需要进一步降低等问题, 采用纳米结构、掺杂改性和复合结构等多种机理协同作用的方案, 利用共溅射氧化法, 先在石英玻璃上制备高(002)取向的ZnO薄膜, 再在ZnO层上室温共溅射沉积钒钨金属薄膜, 最后经热氧化处理获得双层钨掺杂W-VO₂/ZnO纳米复合薄膜. 利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和变温光谱分析等对薄膜的结构、组分、形貌和光学特性进行了分析. 结果显示, W-VO₂/ZnO 纳米复合薄膜呈花状结构, 取向性提高, 在保持掺杂薄膜相变温度(约39 ℃)和热滞回线宽度(约6 ℃)较低的情况下, 其相变前后的红外透过率差量增加近2倍, 热致变色性能得到协同增强. 关键词： 2')" href="#">VO₂ ZnO W掺杂 热致变色     

用于红外激光防护的高开关率VO2薄膜

采用反应离子束溅射和后退火处理技术在石英玻璃基底上制备了具有纳米粒子的二氧化钒(VO₂)薄膜. 该薄膜具有半导体-金属相变特性,在3 μm处的开关率达到76.6%。 热致相变实验结果给出了准确的最佳退火温度为465 ℃. 仿真、热致相变和光致相变实验都显示VO₂薄膜在红外波段具有很高的光学开关特性. 光电池防护实验结果显示VO₂薄膜将硅光电池的抗干扰能力提升了2.6倍, 证明了VO₂在激光防护中的适用性. 采用连续可调节系统研究得到VO₂在室温条件下的相变阈值功率密度为4.35 W/cm², 损伤阈值功率密度为404 W/cm²。 低相变阈值和高损伤阈值都进一步证明VO₂薄膜适用于激光防护系统。本实验制备的VO₂薄膜在光开关、光电存储器、智能窗等方面也具有广泛的应用价值.     

采用泵浦探测技术研究VO2薄膜相变特性

为研究纳秒激光作用下的VO₂薄膜的相变特性,采用泵浦-探测技术进行实验。首先,利用直流磁控溅射法制备VO₂薄膜,经X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）分析表明样品质量较高。然后,测量VO₂薄膜在波长532 nm处的透过率随温度的变化情况,发现透过率随温度升高由32%上升到37%,与红外波段完全相反。在此基础上,选择1 064 nm泵浦光和532 nm探测光研究激光参数中能量密度和重频对VO₂薄膜相变特性的影响,同时结合ANSYS有限元软件对纳秒激光作用下VO₂薄膜的单脉冲温升情况进行分析。结果表明：VO₂薄膜在大于30 mJ/cm²的纳秒激光能量密度作用下,单脉冲温升可达相变温度,最小相变响应时间在14 ns左右。进一步提高纳秒激光能量密度,其相变响应时间略有增加但变化不大。在100 Hz以内改变纳秒激光重频对VO₂薄膜的相变响应基本无影响。VO₂薄膜的相变恢复时间随着纳秒激光能量密度的增大而呈自然指数增加,其变化过程与基底材料和纳秒激光参数密切相关。因此,可以通过优化VO₂薄膜基底材料参数提高其激光防护效果。     

Low temperature fabrication of vanadium oxide films for uncooled bolometric detectors

Vanadium oxide films with temperature coefficient of resistant of −2.6% K⁻¹ have been fabricated on Si₃N₄-film-coated Si substrates by ion beam sputtering in a controlled Ar/O₂ atmosphere, at a relatively low growth temperature of 200 °C. The as-deposited films show no semiconductor-to-metal phase transitions even heated up to 150 °C. X-ray diffractometry shows that the main compound of the VO_x film is a metastable phase of vanadium dioxide (VO₂(B)) and the VO₂(B) film can be transformed into VO₂ film by post-growth annealing at 450 °C in flowing Ar atmosphere.     

VO2薄膜表面氧缺陷的修复:F4TCNQ分子吸附反应

VO₂表面氧缺陷的存在对VO₂材料具有显著的电子掺杂效应, 极大地影响材料的本征电子结构和相变性质. 通过2, 3, 5, 6-四氟-7, 7', 8, 8'-四氰二甲基对苯醌(F₄TCNQ)分子表面吸附反应, 可以有效消除表面氧缺陷及其电子掺杂效应. 利用同步辐射光电子能谱和X射线吸收谱原位研究了修复过程中电子结构的变化以及界面的化学反应, 发现这种方式使得VO₂薄膜样品氩刻后得到的V³⁺失去电子成功地被氧化成原先的V⁴⁺, 同时F₄TCNQ分子吸附引起电子由衬底向分子层转移, 界面形成带负电荷的分子离子物种. 受电化学性质的制约, F₄TCNQ分子吸附反应修复氧缺陷较氧气氛退火更安全有效, 不会引起表面过度氧化形成V₂O₅.     

VO_2薄膜Vis-NIR及NIR-MIR椭圆偏振光谱分析

采用射频磁控溅射在石英玻璃基底上反应溅射制备单斜相(M相)VO_2薄膜.利用V-VASE和IR-VASE椭圆偏振仪及变温附件分别在0.5—3.5 eV(350—2500 nm)和0.083—0.87 eV(1400—15000 nm)入射光能量范围内对相变前后的VO_2薄膜进行光谱测试,运用逐点拟合的方式,并通过薄膜的吸收峰的特征,在0.5—3.5 eV范围内添加3个Lorentz谐振子色散模型和0.083—0.87 eV范围内添加4个Gaussion振子模型对低温态半导体态的薄膜椭偏参数进行拟合,再对高温金属态的薄膜添加7个Lorentz谐振子色散模型对进行椭偏参数的拟合,得到了较为理想的拟合结果.结果发现:半导体态的VO_2薄膜的折射率在近红外-中红外基本保持在最大值3.27不变,且消光系数k在此波段接近于零,这是由于半导体态薄膜在可见光-近红外光范围内的吸收主要是自由载流子吸收,而半导体态薄膜的d//轨道内的电子态密度较小.高温金属态的VO_2薄膜的折射率n在近红外-中红外波段具有明显的增大趋势,且在入射光能量为0.45 eV时大于半导体态的折射率;消光系数k在近红外波段迅速增大,原因是在0.5—1.62 eV范围内,能带内的自由载流子浓度增加及电子在V_(3d)能带内发生带内的跃迁吸收,使k值迅速增加;当能量小于0.5 eV时k值变化平缓,是由于薄膜内自由载流子浓度和电子跃迁率趋于稳定所致.