基于不同衬底和反应源的VO2纳米材料与器件制备工艺研究

摘要

二氧化钒（VO2）是一种具有温度相变特性的金属氧化物材料。VO2在68℃发生相变，该材料的电阻率在相变前后会产生3-5个数量级的变化，且相变过程是可逆的。本文采用化学气相沉积（CVD）的方法进行VO2纳米线以及VO2纳米薄膜的制备。本文使用光学显微镜和扫描电子显微镜对该材料进行表征分析，总结出不同衬底下以及不同反应源制备纳米线的生长规律，得出在不同衬底和不同反应源下，纳米线以及纳米薄膜制备的最佳生长条件，从而为下一步制备纳米器件奠定基础。　　本文研究重点是基于不同衬底和不同反应源条件下纳米线和纳米薄膜的制备工艺以及纳米线和纳米薄膜器件的制作工艺。本文基于图形化蓝宝石衬底（PSS）制备纳米线，其优点在于生长的纳米线数量较多，排列规整。使用PSS作为衬底制作的电极相比于光滑衬底制作电极具有一定的优势，因其使得纳米材料与金属的接触面积增加，减少欧姆接触的电阻；基于厚度为200nm的SiO2衬底，制备出大尺寸的VO2纳米薄膜。　　本文的创新点在于将五氧化二钒（V2O5）粉末溶于丙酮溶液中并超声，使用溶液滴定的方法将V2O5粉末转移至衬底上，从而一定程度上减少了V2O5原材料的使用量，同时还解决了基于V2O5粉末为反应源制备VO2纳米线所带来的衬底污染问题。本文创新地使用CVD方法制备VO2纳米薄膜。基于V2O5为反应源，以厚度为200nm的SiO2为衬底，制备出大尺寸的VO2纳米薄膜，采用与制备VO2纳米线相同的制备流程，但工艺参数有所不同。在其基础上，分别制作纳米线器件和纳米薄膜器件。本文着重分析器件制作过程中的各个步骤的工艺参数对于器件性能的影响，其中包括光刻工艺、电子束蒸发工艺、热蒸发工艺、磁控溅射工艺、剥离工艺、刻蚀工艺等。

目录

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第一章 绪论

1.1.课题的研究背景

1.2. VO2材料研究现状

1.3.相变原因和相变前后结构变化

1.4.课题主要研究的内容

第二章 VO2纳米材料制备原理和测试方法

2.1.气相沉积

2.2.纳米材料制备原理

2.3.纳米薄膜制备原理

2.4.尾气处理

2.5.表征测试方法

第三章 VO2纳米材料制备及其形貌结构分析

3.1.制备纳米线

3.2.薄膜制备

3.3.纳米线及纳米薄膜的形貌和结构分析

3.4.本章小结

第四章 VO2纳米材料器件制备工艺

4.1.实验方案

4.2.光刻工艺

4.3.金属沉积工艺

4.4.剥离工艺

4.5.本章小结

第五章 VO2纳米线和纳米薄膜的性能测试

5.1.纳米线和纳米薄膜电学和光学测试系统

5.2.纳米线和纳米薄膜的电学和光学特性

5.3.本章小结

第六章 总结

6.1.总结

6.2.展望

致谢

参考文献