氧化温度和掺Mo对VO2薄膜温度电阻系数(TCR)的影响

摘要

二氧化钒（VO2）是一种具有相变特性的功能材料，在大约68℃会发生从低温单斜半导体相向高温金红石四方晶金属相的转变。1959年F.J.Morin在贝尔实验室首先发现了VO2的相变特性，使其成为当前热致相变材料研究的热点之一；同时由于VO2本身具有较高的电阻温度系数（TCR），也使其成为了热敏电阻材料研究的热点之一。这些特性令VO2具有十分广阔的应用前景，尤其是在非制冷红外探测器和智能窗的应用方面，非常具有社会意义和经济价值。鉴于VO2薄膜实际应用的需求，关于VO2薄膜温度电阻系数的研究受到了众多学者的关注。
　　本文使用溅射氧化耦合法在不同氧化温度下制备出了高质量的VO2薄膜。实验中发现随着氧化温度的增加，薄膜颗粒度随之增加。进一步分析发现颗粒度的增大会直接引起薄膜TCR的降低，在颗粒度为76nm时有TCR的最大值为-5.11％/℃，并通过最小二乘法建立起了两者之间的线性关系。这一结果可以为制备更高TCR的VO2薄膜提供一定的理论指引，也为制造性能更优异的微测辐射热计奠定了一些基础。
　　另一方面，由于众多VO2的应用都要求其相变温度接近室温，所以使用掺杂技术使其相变温度降低至室温附近是当前VO2薄膜掺杂技术的研究热点。本文使用溅射氧化耦合法，通过氧化夹层结构的V/Mo/V金属膜获取了Mo掺杂的VO2薄膜，成功将相变温度由65.03℃降低至51.36℃。更加值得关注的是，当掺杂量增加至7.247％的时候，得到了方阻为35.76kΩ/□，TCR为-2.747％/℃的VO2薄膜，同时发现了Mo掺杂可以使薄膜在大幅降低方块电阻的同时保持一个较高的TCR值。这一发现为今后氧化钒非制冷红外探测器的研究也提供了一个新的思路。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 二氧化钒薄膜材料的研究现状

1.3 非制冷探测器的研究现状

1.4 研究内容及意义

第二章 二氧化钒薄膜的制备

2.1 二氧化钒薄膜的主要制备方法

2.2 溅射氧化耦合法的优势

2.3 实验设备

2.4 实验流程

2.5 表征方法

2.6 本章小结

第三章 氧化温度对氧化钒薄膜的影响

3.1 实验设置

3.2 薄膜物相分析

3.3 薄膜成分分析

3.4 氧化温度对薄膜形貌的影响

3.5 氧化温度对薄膜TCR的影响

3.6 颗粒度影响薄膜TCR的规律

3.7 本章小结

第四章 Mo掺杂对氧化钒薄膜的影响

4.1 实验设置

4.2 Mo掺杂对于薄膜形貌的影响

4.3 Mo掺杂对于薄膜成分的影响

4.4 Mo掺杂对于薄膜电学性质的影响

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢