氧化钒薄膜的掺杂及电阻突变特性研究

摘要

VO2是一种相变型金属氧化物,随温度的升高，在相变温度（Tc=68℃)发生从低温单斜结构向高温四方金红石结构的转变，同时，伴随着电阻率和红外光透过率的突变。这一特有的性质使 VO2在众多领域具有好的应用前景。从上世纪八十年代开始的对VO2的掺杂研究表明:掺杂能明显改变VO2薄膜的相变温度，进而影响其光电性能。因为VO2的应用中绝大多数都要求其相变温度接近室温，所以是否可以通过掺杂手段使其相变温度降至室温附近，并使掺杂薄膜的性能发生有利于应用要求的相应变化是近来VO2薄膜掺杂改性的研究主题。
　　针对VO2薄膜的研究发展动向和实践的需要，本论文主要在掺入不同价态的过渡金属杂质（Zr4+以及Cr3+）对VO2薄膜性能产生的影响等方面进行了基础研究。具体而言，本论文从事的主要工作如下：
　　（1）本文首先利用无机溶胶－凝胶法制备了含有4价锆的VO2薄膜，通过改变掺杂浓度，测定了在不同掺杂浓度下VO2薄膜的电阻－温度关系曲线。在此基础上，本文进一步探讨了掺杂浓度与VO2薄膜相变温度、电阻突变数量级以及热滞宽度的关系。实验结果表明：随Zr含量的增加，VO2薄膜的半导体－金属转变温度和电阻突变数量级呈线性下降，同时，随掺杂量的增加，VO2薄膜的热滞宽度的变化规律是先减小后增大。
　　（2）本文以掺锆为例，探讨了不同的真空退火温度对VO2薄膜的相变温度、电阻突变数量级以及热滞宽度有何影响。通过对比不同退火温度下的测试结果可知：经450℃退火后的掺杂 VO2薄膜与其它退火温度所得的VO2薄膜相比，具有较低的相变温度以及较为明显的电阻突变数量级。因此，在350～500℃之间，VO2薄膜的最佳退火温度为450℃。
　　（3）最后，本文采用无机溶胶－凝胶法制备了含有3价铬的VO2薄膜，研究了其掺杂量与电阻突变特性的关系。经测试发现，在开始阶段，随 Cr3+浓度地增加，VO2薄膜的相变温度降低，当 Cr3+浓度达到一定值之后，其相变温度随浓度地升高而迅速上升。同时，VO2薄膜的电阻突变量随 Cr3+浓度地增加而减小。而热滞宽度的变化规律是先增大后减小。

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第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 VO2的晶体结构、相变特性及典型性质

1.3 二氧化钒的应用前景

1.4 VO2薄膜制备及其电学光学性质突变研究综述

1.5 VO2薄膜主要制备方法简介及其比较

1.6 掺杂VO2的研究进展

1.7 研究目的及意义

第二章 实验方法

2.1 薄膜制备过程

2.2 仪器和试剂

2.3 二氧化钒薄膜电学性能测试

2.4 二氧化钒薄膜成分及结构分析

2.5 小结

第三章 掺锆VO2薄膜的制备及特性研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 实验结果与分析

3.4 掺Zr(NO3)4·5H2O（2wt%）VO2薄膜的表征

3.5 退火温度对VO2薄膜相变的影响

3.6 杂质Zr元素原子结构及其在VO2薄膜中存在形态分析

3.7 掺杂后VO2薄膜的键长理论计算及其对相变温度的影响

3.8 掺杂后VO2薄膜的电阻数量级突变

3.9 小结

第四章 掺铬VO2薄膜的制备及特性研究

4.1 实验方法

4.2 实验结果及分析

4.3掺杂VO2薄膜的XRD分析

4.4 杂质Cr元素原子结构及其在VO2薄膜中存在形态分析

4.5 掺杂后VO2薄膜的相变温度的变化

4.6 掺杂后VO2薄膜电阻数量级突变的变化

4.7 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表的论文