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磁控溅射法制备二氧化钒薄膜及其性能表征

韩宾 , 赵青南 , 杨晓东 , 赵修建

稀有金属材料与工程

采用射频反应磁控溅射法在镀有SiO2膜的钠钙硅玻璃基片上沉积了二氧化钒(VO2)薄膜.研究了在300℃沉积温度下,不同溅射时间(5~35min)对VO2薄膜结构和性能的影响.用X射线衍射、扫描电镜、自制电阻测量装置、紫外-可见光谱仪、双光束红外分光光度计对薄膜结构、形貌、电学及光学性能进行了表征.结果表明:薄膜在低温半导体相主要以四方相畸变金红石结构存在,在(011)方向出现明显择优取向生长,随着溅射时间的延长,晶粒生长趋于完整,晶粒尺寸增大;对溅射时间为35 min的薄膜热处理,发现从室温到90℃范围内,薄膜方块电阻的变化接近3个数量级;由于本征吸收,薄膜在可见光范围透过率较低,且随膜厚的增加而逐渐降低;在1500~4000 cm-1波数范围内,原位测量薄膜样品加热前后(20和80℃)的红外反射率,发现反射率的变化幅度随着膜厚增加而提高,最高可达59%.

关键词: 二氧化钒薄膜 , 磁控溅射 , 溅射时间 , 晶粒尺寸 , 膜厚

SiO2基底表面VO2薄膜的生长模式及相变性能分析

岳芳 , 黄婉霞 , 施奇武 , 邓贤进 , 王成 , 张敬雨 , 李丹霞

稀有金属材料与工程

采用无机溶胶-凝胶法在二氧化硅基底上制备不同厚度的二氧化钒薄膜,通过X射线光电子能谱、X射线衍射和场发射扫描电子显微镜分析薄膜的化学组成和微观结构,并利用变温傅里叶变换红外光谱对薄膜在红外波段的相变性能进行检测.结果发现:薄膜均沿(110)晶面择优生长;随厚度增加,其结晶度提高,表面晶粒明显增大,大小分布越不均匀,并导致薄膜在红外波段的低温和高温透过率均降低,滞后温宽变窄,相变陡然性增强.

关键词: 二氧化钒薄膜 , 二氧化硅基底 , 溶胶凝胶 , 微观结构 , 相变性能

用于智能激光防护武器的二氧化钒薄膜研究进展

赵佳明 , 边继明 , 骆英民 , 吕盛 , 李寿波 , 李欣

兵器材料科学与工程 doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2011.02.031

随着激光武器的迅猛发展,寻找一种适用于激光防护领域的新型材料,有效对抗激光致盲,已成为摆在各国面前非常现实的问题.二氧化钒(VO2)作为一种性能优异的功能材料,在68℃附近发生从低温半导体相到高温金属相的可逆突变.但由于钒氧体系的复杂性和纯VO2薄膜相变温度较高等关键问题尚没有完全解决,严重阻碍了其在热电开关、激光防护和温控装置等方面的实际应用.综述了VO2薄膜多种制备方法的原理和优缺点,并重点介绍了VO2薄膜在智能激光防护武器上的应用.

关键词: 二氧化钒薄膜 , 智能激光防护 , 相变 , 掺杂

非理想配比二氧化钒薄膜喇曼光谱研究

袁宏韬 , 冯克成 , 张先徽

功能材料

采用射频(RF)磁控溅射在各种条件下制备的VO2薄膜的喇曼光谱曲线.研究发现,和理想配比VO2薄膜的主要喇曼峰相比较,无论是富钒的VO2薄膜还是富氧的VO2薄膜它们主要的喇曼峰都向高频方向移动.我们提供了实验证据并且讨论了非理想配比导致VO2薄膜喇曼光谱变化的原因.

关键词: 二氧化钒薄膜 , 喇曼光谱 , 非理想配比 , 射频磁控溅射

云母基VO2薄膜光学开关及变色性能研究

罗蓉蓉 , 何鹏 , 黄婉霞 , 颜家振 , 蔡靖涵

稀有金属材料与工程

采用溶胶凝胶及后退火工艺制备云母基底的二氧化钒薄膜,采用XRD、SEM、FTIR及色差研究薄膜的性能.FTIR结果表明:在金属-半导体相变过程中,薄膜在红外光区的透过率变化为77%;变色性能显示相变时薄膜从低温的黄褐色变为高温黄绿色,色差△E*随温度的变化规律与光学开关性能类似,色差△E*在相变过程中的最大值为11.31.

关键词: 光学开关 , 变色 , 二氧化钒薄膜 , 热致变色

W-Mo复合离子掺杂VO2薄膜热滞回线的热调制现象

张阳 , 黄婉霞 , 施奇武 , 宋林伟 , 徐元杰

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2013.12358

以单晶si (100)为基底,采用无机溶胶-凝胶法在其表面制备W-Mo复合离子掺杂VO2薄膜.采用SEM、XRD等手段分析了薄膜的表面形貌和晶体结构.在热驱动下,利用原位FTIR分析了W-Mo复合离子掺杂VO2薄膜半导体-金属相变性能.结果显示:单晶Si (100)表面VO2薄膜具有(011)择优生长取向,W6+、Mo6+取代了V4+在晶格中的位置,实现置换掺杂.热滞回线分析表明,与未掺杂VO2薄膜相比,V1-x-yMoxWyO2薄膜相变温度降低,滞后温宽减小,同时相变陡然性变差,相变温宽增大;在相变温度区间内,温度路径对红外透过率具有调制效果,其调制作用受原始热滞回线的制约.

关键词: 二氧化钒薄膜 , 红外光学性能 , W-Mo复合掺杂 , 热调制

MBE技术蓝宝石衬底上生长VO2薄膜及其太赫兹和金属-绝缘体相变特性研究

孙洪君 , 王敏焕 , 边继明 , 苗丽华 , 章俞之 , 骆英民

无机材料学报 doi:10.15541/jim20160456

采用分子束外延(MBE)技术在单晶蓝宝石衬底上生长了高质量化学计量比二氧化钒(VO2)薄膜,通过该技术实现薄膜厚度15~60 nm精确控制.对于优化条件下VO2薄膜,实现了电阻率变化超过4个数量级的优异金属-绝缘体相变,近似于之前报道高质量单晶VO2相变特性.特别是通过太赫兹时域光谱分析了不同厚度的VO2薄膜在太赫兹波段的光学特性.结果表明:VO2薄膜的厚度对其在太赫兹波段的光学特性有很大影响.因此,为了获得更优的可靠性和重复性能,VO2薄膜的厚度必须得到精确控制.本研究结果对于下一步VO2基太赫兹器件研究具有重要意义.

关键词: 二氧化钒薄膜 , 太赫兹时域光谱 , 分子束外延 , 金属-绝缘体相变

强电场条件下二氧化钒薄膜的相变特性研究

李昂 , 王庆国 , 王腾 , 王妍 , 成伟

兵器材料科学与工程

为研究薄膜材料在强电场激励下的相变特性,采用直流磁控溅射工艺在硅衬底表面制备厚度不同的二氧化钒薄膜,搭建基于静电高压源和铜质电极夹具的材料相变特性测试系统.通过改变外施电场强度,研究薄膜材料的场致相变特性.结果表明:外施场强达到600 kV/m左右时,材料表现出明显的绝缘态-金属相变(MIT)特性;外施场强达到700kV/m时,材料电导率的变化幅度超过2.6个数量级,且远未达到饱和,随外场继续增加仍有很大上升空间.

关键词: 二氧化钒薄膜 , 磁控溅射 , 强电场环境 , 场致相变 , 电导率

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