α-SiN:H薄膜的光学声子与VO2基Mott相变场效应晶体管的红外吸收特性

从器件构成材料中α-SiN:H,VO2,Al薄膜介电常数弥散特性的Lorentz多谐振模型出发,研究了器件在金属表面等离子体与VO2,特别是α-SiN:H薄膜光学声子共同作用下的红外吸收特性;得到了在不同的光谱范围器件的红外吸收特性随着α-SiN: H钝化层几何厚度的变化关系,与中心工作波长10 μm对应的且经过位相修正以后钝化层的几何厚度为λ/4n时的红外吸收光谱、以及VO2的相变对吸收光谱的影响.     

VO2金属-绝缘体相变机理的研究进展

VO₂是一种热致相变金属氧化物. 在341 K附近, VO₂发生由低温绝缘体相到高温金属相的可逆转变, 同时伴随着光学、电学和磁学等性质的可逆突变, 这种独特的性质使得VO₂在光电开关材料、智能玻璃、存储介质材料等领域有着广阔的应用前景. 因此, VO₂金属-绝缘体可逆相变一直是人们的研究热点, 但其相变机理至今未有定论. 首先, 简要概述了VO₂相变时晶体结构和能带结构的变化情况: 从晶体结构来讲, 相变前后VO₂从低温时的单斜相VO₂(M)转变为高温稳定的金红石相VO₂(R), 在一定条件下此过程也可能伴随着亚稳态单斜相VO₂(B)与四方相VO₂(A)的产生; 从能带结构来看, VO₂处于低温单斜相时, 其d_//能带和π^*能带之间存在一个禁带, 带宽约为0.7 eV, 费米能级恰好落在禁带之间, 表现出绝缘性, 而在高温金红石相时, 其费米能级落在π^*能带与d_//能带之间的重叠部分, 因此表现出金属导电性. 其次, 着重总结了VO₂相变物理机理的研究现状. 主要包括: 电子关联驱动相变、结构驱动相变以及电子关联和结构共同驱动相变的3种理论体系以及支撑这些理论体系的实验结果. 文献报道争论的焦点在于, VO₂是否是Mott绝缘体以及结构相变与MIT相变是否精确同时发生. 最后, 展望了VO₂材料研究的发展方向.     

VO2纳米粒子填充型聚合物薄膜电致相变特性

采用简单的水热法结合热处理工艺,制备了高纯、形貌可控的纳米V0₂ (M)颗粒,得到了退火时间对颗粒形貌的影响,首次揭示了VO₂聚乙二醇复合薄膜电致相变过程,建立了电致相变模型.实验以V₂O₅和H₂C₂O₄·2H₂O为原料,经180℃,12 h水热处理后,得到V0₂ (B)纳米颗粒,真空退火转化为V0₂ (M).结果表明,退火时间越长,纳米颗粒长度越短.多次重复测试发现,复合薄膜在电场作用下,均能够发生显著的相变现象,但同一样品的重复相变电压低于第1次测试数据.在首次测试后,相变电压和非线性系数随纳米VO₂的长度减小而指数增加,同时发现材料两端电压在相变后可维持在10 V附近.分析认为,复合薄膜的相变电压和非线性系数由颗粒内势垒和界面间势垒共同决定.首次伏安测试降低了颗粒间势垒,造成了材料的"激活"现象,纳米颗粒平均长度越短,导电通道中的界面间势垒越...     

硅基VO2纳米薄膜光致绝缘体—金属相变的THz时域频谱研究

利用THz时域频谱技术(THz-TDS)研究了硅基二氧化钒(VO₂)纳米薄膜的光致绝缘体—金属相变特性.在连续光激发下前后,观察到了非常明显的THz透过率变化,并通过薄膜近似计算出了THz波段金属态VO₂薄膜的电导率.根据实验结果建立了金属态VO₂薄膜的等效Drude模型,得到了复电导率,复电容率以及复折射率等相关的基本参数,并通过基于时域有限积分法模拟了THz波穿透硅基金属态VO₂薄膜的过程,验证了所建立的模型的正确 关键词： 二氧化钒 光致相变 Drude模型 THz时域频谱技术     

基于VO2薄膜非致冷红外探测器光电响应研究

VO₂薄膜是非致冷微测辐射热红外探测器热敏电阻材料.研究中应用微电子工艺制备了VO₂溅射薄膜红外探测器,在296K的环境中测试了该探测器在不同的直流偏置、光调制频率下对873K标准黑体源8—12μm红外辐射的光电响应以及器件的噪声电压,在10和30Hz的调制频率下其响应率分别大于17kV/W和接近10kV/W.该探测器实现了探测率D大于1.0×10⁸cm (Hz)^1/2/W,热时间常量为0.011s的8—12μm非致冷 关键词： 非致冷测辐射热探测器 红外探测器 二氧化钒 薄膜     

VO2热致变色薄膜的结构和光电特性研究

用磁控溅射方法制备了VO₂热致变色薄膜.用X射线衍射、X射线光电子谱和原子力显微镜对薄膜的宏观及微观结构进行了分析，表明VO₂薄膜纯度高、相结构单一、结晶度好.薄膜的光透过率在2000nm处相变前后改变了42%，高/低温电阻率变化达到三个数量级以上.薄膜的光透过谱和相变过程中电学性质变化的研究与结构分析结果相一致. 关键词：     

纳米二氧化钒薄膜的电学与光学相变特性

采用双离子束溅射氧化钒薄膜附加热处理的方式制备了纳米二氧化钒薄膜。在热驱动方式下,分别利用四探针测试技术和傅里叶变换红外光谱技术对纳米二氧化钒薄膜的电学与光学半导体-金属相变特性进行了测试与分析。实验结果表明,电学相变特性与光学相变特性之间存在明显的偏差,电学相变温度为63 ℃,高于光学相变温度,60 ℃;电学相变持续的温度宽度较光学相变持续温度宽度宽;在红外光波段,随着波长的增加,纳米二氧化钒薄膜的光学相变温度逐渐增大,由半导体相向金属相转变的初始温度逐渐升高,相变持续的温度宽度变窄。在红外光波段,纳米二氧化钒薄膜的光学相变特性可以通过光波波长进行调控,电学相变特性更适合表征纳米VO₂薄膜的半导体-金属相变特性。     

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。     

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.     

溶胶-凝胶VO2薄膜转换特性研究

利用溶胶凝胶法在SiO2Si衬底上沉积高取向的V2O5薄膜,在压强低于2Pa,温度高于400℃的条件下,对V2O5薄膜进行真空烘烤,获得了电阻率变化3个数量级以上、弛豫宽度为62℃的VO2多晶薄膜.以X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)图和电阻率转换特性等实验结果为依据,详细分析了溶胶凝胶薄膜在真空烘烤时从V2O5向VO2的转化,它经历了从VnO2n+1(n=2,3,4,6)到VO2的过程.实验证明,根据选择合适的成膜热处理条件和真空烘烤条件是实现溶胶凝胶V2O5结构向VO2结构成功转换的关键 关键词： 溶胶-凝胶法 氧化钒薄膜 VO2膜转换特性     

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.     

球形α-Fe2O3超微粒的红外光学特性和表面模吸收

用改进的水解法制备了大小均匀、形状规则的球状α-Fe₂O₃超微粒;分别测量了两种不同粒度超微粒的红外透射谱;观测到了球状α-Fe₂O₃超微粒的全部表面模;讨论了微粒的聚集对吸收的影响;并用柱状微晶来近似链状聚集解释了光谱中的两个展宽吸收带;介绍了将多原子立方结构超微粒的表面模理论推广应用到单轴晶体结构的α-Fe₂O₃超微粒的情况。对表面模吸收频率进行了计算,理论数据同实验结果 关键词：     

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.     

超高温度系数V0.97W0.03 O2多晶薄膜的制备研究

将V₂O₅粉体与WO₃粉体均匀混合并压制成靶，用离子束增强沉积加后退火技术在SiO₂衬底上制备掺钨VO₂多晶薄膜.X射线衍射表明，薄膜取向单一，为VO₂结构的［002］相,晶格参数d比VO₂粉晶增大约0.34%；薄膜从半导体相向金属相转变的相变温度约28；室温(300 K)时的电阻-温度系数(TCR)可大于10%/K，是目前红外热成像薄膜TCR的四倍.W离子的半径大于V离子的半径，W的掺入在薄膜中引入了张应力,使薄膜相变温度降低到室温附近，是IBED V_0.97W_0.03O₂薄膜的室温电阻温度系数提高的原因. 关键词： 二氧化钒薄膜 薄膜掺杂 离子束增强沉积     

基于VO2薄膜相变原理的温控太赫兹超材料调制器

利用二氧化钒薄膜绝缘相–金属相的相变特性, 提出了一种基于超材料的温控太赫兹调制器, 研究了相变超材料在太赫兹波段的传输特性和温控可调谐特性. 当入射太赫兹波为水平偏振或垂直偏振状态时, 器件的透过率谱线在1 THz附近呈现出两个独立的、中心频率分别为1.3 THz和1.7 THz、 带宽分别为0.2 THz和0.35 THz的 透射宽带. 当温度从40℃至80℃变化时, 两宽带的透过率发生明显的降低, 在二氧化钒的相变温度(68℃)时尤其灵敏, 对入射光的二种偏振状态, 调制深度均达到60%以上, 实现了良好的调制效果. 关键词： 太赫兹超材料 2薄膜')" href="#">VO₂薄膜 调制器 相变     

掺钨VO2纳米粉双相界面自组装成膜及微结构的光学性质

VO₂的相变温度68℃限制了其在室温环境中的应用和安全性,采用W⁶⁺离子掺杂的方法可有效降低VO₂相变温度。利用涂有真空硅脂的聚苯乙烯模具和添加表面活性剂的W_xV_1-xO₂纳米溶液,在玻璃基底上通过双相界面自组装方法将水热法合成的W_xV_1-xO₂纳米粉末制备成薄膜,在此基础上加装直径1μm的聚乙烯线制备W_xV_1-xO₂/glass微结构。直接观察到液/固双相界面上毛细管流的运动过程,以及微结构两侧对称出现半月形的现象。液-固-气系统复杂的动态变化的过程,遵循流体动力学和热力学的规律。X射线衍射表征结果表明,自组装W_xV_1-xO₂薄膜为多晶结构,主要成分为M相VO₂和少量钒的其他价态氧化物及少量钨钒的氧化物(WVO₄);...     

BeH2薄膜的制备及红外特性

采用蒸发铍原子与非平衡态氢原子反应制备了透明的BeH2薄膜。扫描电子显微镜(SEM)观察到薄膜表面存在微孔洞,红外光谱显示在722 cm-1有一个强烈的吸收峰。采用密度泛函理论(DFT)对BeH2网状结构进行了计算,得到的３个基本振动模式的频率和强度与文献中BeH2粉末的实验数据基本一致,其中弯曲振动的计算频率为747 cm-1,与BeH2薄膜的红外吸收峰一致。推测BeH2薄膜的结构与BeH2粉末有所不同,因而导致某些振动峰被抑制。     

纳米GaSb-SiO2复合薄膜的非线性光学特性

利用射频磁控共溅射的方法制备出纳米GaSbSiO2镶嵌复合薄膜.用Cary5E分光光度计分析研究了复合薄膜的室温透射光吸收特性.用Z扫描方法测量了复合薄膜在6328nm处大的双光子吸收系数β≈0082mW,非线性折射率γ≈376×10-9m2W及非线性系数χ(3)≈784×10-9esu. 关键词： 纳米GaSb 双光子吸收 光学非线性     

MBE法制备VO2薄膜及其中红外调制深度测量

为了给VO₂薄膜在定向红外对抗系统防护方面的应用提供理论依据,我们用透过率调制深度表征VO₂薄膜在中红外波段的相变特性。本实验利用分子束外延法（MBE）制备VO₂外延单晶薄膜,经XRD、AFM表征,发现其具有（020）择优取向、纯度较高,薄膜表面平整、均匀且致密。经VU-Vis-IR测量发现其近红外透过率相变特性显著,但在紫外和可见光范围内透过率相变特性较不明显。然后我们对制备时间为30 min、40 min的两组薄膜分别进行25~70℃的升温和降温实验,观察其对波长为3 459 nm、脉宽50 ns、重频50 kHz、功率密度0.14 W/cm²的中红外激光的透过率变化,并比较两组薄膜的温滞曲线特性。实验发现它们对中红外透过率的调制深度均可达60%以上,前者比后者对中红外的调制深度高出约4%。这说明利用分子束外延法制备的VO₂单晶薄膜具有良好的中红外调制特性,且调制深度和膜厚有关。进一步表明了利用VO₂薄膜实现中红外激光防护具有一定的可行性。     

应用于相变存储器的Cu-Ge3Sb2Te5薄膜的结构及相变特性研究

采用磁控溅射法制备了不同Cu含量的Cu-Ge₃Sb₂Te₅薄膜, 原位测试了薄膜电阻与温度的关系, 并利用X射线衍射仪、透射电镜、透过和拉曼光谱仪分别研究了 Cu-Ge₃Sb₂Te₅薄膜的晶体结构、微结构、禁带宽度及成键情况. 结果表明, Cu-Ge₃Sb₂Te₅薄膜的结晶温度和结晶活化能随着Cu含量的增加而增大, Cu的加入有效改善Ge₃Sb₂Te₅薄膜的热稳定性和10年数据保持力. 随着Cu含量的增加, 非晶态Cu-Ge₃Sb₂Te₅薄膜的禁带宽度逐渐减小. 同时, 拉曼峰从129 cm^-1向127 cm^-1处移动, 这是由于Cu–Te极性键振动增强的缘故. Cu-Ge₃Sb₂Te₅结晶为均匀、相互嵌套的六方Cu₂Te和Ge₂Sb₂Te₅相.