高分子辅助沉积法制备掺铁二氧化钒薄膜及其相变性能研究

摘要

温度的变化会激发二氧化钒发生一级相变，比如，纯净的二氧化钒单晶体在68℃时电阻率将发生4-5个量级的突变，这是一种很典型的金属-绝缘体（MIT）相变，这样显著的变化不仅表现在电学性能方面，同时还反映在光学及磁性性能等方面。二氧化钒的这种突出的性质令其具有极大的潜在应用价值，但相比与块状二氧化钒，薄膜二氧化钒在实际应用中更为广泛，如热敏电阻、光致开关、智能玻璃窗涂层等应用领域。但对于不同的领域需要有不同的相变温度，68℃的相变温度限制了二氧化钒的应用范围，而正如我们所知的，不同衬底、不同膜厚和掺杂均能够改变二氧化钒相变性能，但掺杂是最高效最具灵活性的改变二氧化钒性能的方法。因此，近几年人们试图对二氧化钒进行各种元素掺杂以研究掺入元素对二氧化钒性能的影响，并通过控制掺杂量来控制二氧化钒性能的表达。国内已大量报道掺W、掺Ti、掺Mg等分别可以改变二氧化钒的相变温度，改变红外透过率以及使二氧化钒吸收边沿发生蓝移，但关于掺铁后二氧化钒的结构及性能的研究目前国内甚少。因此本文致力于研究掺铁后二氧化钒相变性能的变化，并通过实验与理论得到掺铁可在电阻突变率变化不受影响的情况下降低二氧化钒相变温度，与此同时缩小中间过度相并减小热滞回线宽度，从而使二氧化钒薄膜对温度的变化更为敏感，电阻突变更为迅速，为制成更加适用的热致开关创造了条件。
　　本文主要的研究目的是：利用高分子辅助沉积法制备出掺铁二氧化钒薄膜，研究不同浓度的掺铁VO2薄膜的结构及相变特性的变化，主要研究内容为：
　　1、利用高分子辅助沉积法，通过调试气氛、退火温度等工艺条件，在蓝宝石基底上长出高质量的VO2薄膜，从而得到实验中利用高分子辅助沉积法生长二氧化钒薄膜的最优工艺。
　　2、利用已得到的高分子辅助沉积法最优工艺制备出掺铁二氧化钒。并对所得的不同浓度的掺铁样品进行XRD、XPS、AFM测试，以研究不同剂量的Fe离子掺入后对VO2结构、形貌、价态的影响及规律。
　　3、利用范德堡法对掺铁VO2薄膜进行了不同温度下的电阻测试，通过分析R-T曲线，得到Fe离子浓度对VO2相变温度、热滞回线宽度等参数的影响。并对样品在R-T相变中，是否出现第二相进行分析，最后通过Raman测试得以证实。