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     

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.     

氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究

采用射频反应溅射法于室温下在Cu/Ti/SiO₂/Si基底上制备了氧化钒薄膜. X-射线衍射、X射线光电子能谱分析仪及原子力显微镜结果表明, 室温下制备的氧化钒薄膜除微弱的V₂O₅ (101)和V₂O₃ (110)峰外, 没有明显的结晶取向, 是VO₂, V₂O₅, V₂O₃及VO的混合相薄膜, 且薄膜表面颗粒大小均匀, 表面均方根粗糙度约为1 nm. 采用半导体参数分析仪对薄膜的电开关特性进行测试. 结果表明薄膜具有较低的开关电压(V_Set<1 V, V_Reset<-0.5 V), 并且具有稳定的可逆开关特性. 薄膜从低阻态转变为高阻态的电流(I_Reset)随限流的增大而增大.通过高低阻态时I-V对数曲线的拟合(高阻态斜率>1, 低阻态斜率=1), 认为Cu离子在薄膜中扩散形成的导电细丝是该体系发生电阻转变的主要机制. 关键词： 氧化钒薄膜 电阻开关 电阻式非挥发存储器 导电细丝     

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...     

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     

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.     

氧化钒薄膜微观结构的研究

采用直流磁控反应溅射在Si(100)衬底上溅射得到(001)取向的V₂O₅薄膜.x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)的结果表明，氧分压影响薄膜的成分和生长取向，在氧分压0.4Pa时溅射得到(001)取向的纳米V₂O₅薄膜，即沿c轴垂直衬底方向取向生长的薄膜.V₂O₅薄膜经过真空退火得到(001)取向的VO₂薄膜，晶体颗 关键词： 微观结构 氧化钒薄膜 择优取向 直流磁控溅射     

二氧化钒薄膜的低温制备及其性能研究

针对VO₂薄膜在微测辐射热计上的应用，采用射频反应溅射法，在室温下制备氧化钒薄膜；研究了氧分压对薄膜沉积速率、电学性质及成分的影响.通过调节氧分压，先获得成分接近VO₂的非晶化薄膜，再在400℃空气中氧化退火，便可制得高电阻温度系数，低电阻率的VO₂薄膜，电阻温度系数约为-4%/℃，薄膜方块电阻为R_□为100—300kΩ；薄膜在室温下沉积，400℃下退火的制备方法与微机电加工(micro electromechanic 关键词： 二氧化钒 电阻温度系数 氧分压 射频反应溅射法     

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);...     

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.     

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$lt;sub$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     

Controllable synthesis of ultrathin vanadium oxide nanobelts via an EDTA-mediated hydrothermal process

Ultrathin VO_2 nanobelts with rough alignment features are prepared on the induction layer-coated substrates by an ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA)-mediated hydrothermal process. EDTA acts as a chelating reagent and capping agent to facilitate the one-dimensional(1D) preferential growth of ultrathin VO_2 nanobelts with high crystallinities and good uniformities. The annealed induction layer and concentration of EDTA are found to play crucial roles in the formation of aligned and ultrathin nanobelts. Variation in EDTA concentration can change the VO_2 morphology of ultrathin nanobelts into that of thick nanoplates. Mild annealing of ultrathin VO_2 nanobelts at 350℃ in air results in the formation of V_2O_5 nanobelts with a nearly unchanged ultrathin structure. The nucleation and growth mechanism involved in the formations of nanobelts and nanoplates are proposed. The ethanol gas sensing properties of the V_2O_5 nanobelt networks-based sensor are investigated in a temperature range from 100℃ to 300℃ over ethanol concentrations ranging from 3 ppm to 500 ppm.The results indicate that the V_2O_5 nanobelt network sensor exhibits high sensitivity, good reversibility, and fast responserecovery characteristics with an optimal working temperature of 250℃.     

电场诱导二氧化钒绝缘-金属相变的研究进展

二氧化钒(VO_2)是电子强关联体系的典型代表,其晶体结构在特定阈值的温度、电场、光照和压力等物理场作用下会发生由单斜金红石结构向四方金红石结构的可逆转变,从而引发绝缘-金属相变.其中,电场诱导VO_2绝缘-金属相变后的电导率可提高2-5个数量级,在可重构缝隙天线、太赫兹辐射以及智能电磁防护材料等领域具有广阔的应用前景,成为近年来人们的研究热点.首先,简要概述了VO_2发生绝缘-金属相变时晶体结构和能带结构的变化,进而从电场诱导VO_2绝缘-金属相变的研究方法、响应时间、临界阈值场强调控以及相变机理几个方面系统总结和评述了近年来国内外学者在该领域的重要发现和研究进展.最后,指出了当前VO_2绝缘-金属相变研究存在的问题,并展望了未来的发展方向.     

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     

Dip-coated silver-doped V2O5 xerogels as host materials for lithium intercalation

Vanadium pentoxide xerogels have shown high electrochemical performance in terms of energy content. The high specific energy and high intercalation capability make the materials promising for thin film lithium battery and electrochromic device applications. In order to enhance the rate capabilities of the host we increased the electronic conductivity by doping the V₂O₅ xerogels with silver. Samples were prepared by mixing various amounts of silver powder with V₂O₅ hydrogel. We were able to prepare silver-doped vanadium pentoxide dip-coated thin films with a molar ratio (Ag/V) ranging from 0.005 to 0.5 (Ag_yV₂O₃ with y = 0.01, 0.1 and 1). With the successful doping, the electronic conductivity of V₂O₅ was increased by 2 to 3 orders of magnitude. The insertion capacity of the material was maintained and up to 4 moles of lithium per mole of silver-doped V₂O₅ (XRG) were found to be reversibly intercalated.     

Photoelectron spectroscopic study of Li oxides on Li over-deposited V2O5 thin film surfaces

The Li oxides species formed on Li over-deposited V₂O₅ thin film surfaces have been studied by using X-ray and UV induced photoelectron spectroscopy (XPS and UPS). The photoelectron spectroscopic data show that the Li over-deposited V₂O₅ system itself is not stable. Further chemical decomposition reactions are taken place even under UHV conditions and lead to form Li₂O and Li₂O₂ compounds on the surface. The formation of Li₂O₂ causes to arise an emission line at about 11.3 eV in the valence band spectra.