二氧化钒(VO2)薄膜生长及其器件应用研究

摘要

过渡金属氧化物（TMOs）是一种极具吸引力的材料，由于其广泛的电学，化学和磁学性能。二氧化钒（VO2）作为一种金属-绝缘体相变材料，其相变温度接近室温。这些独特性质中的大多数源自材料的晶格和轨道自由度之间的相互作用。VO 2薄膜作为VO 2应用领域最重要的材料体现之一，具有广泛的应用前景。　　在管式炉中通过简单有效的方法，选用SiO2/ Si衬底成功地合成了高质量的VO2薄膜。合成后的VO 2薄膜均匀性高且为单晶结构。当温度循环相变时，这些薄膜电阻率可以发生接近5个数量级的突变。通过电感耦合等离子体蚀刻（ICP）和金属电极沉积工艺制造了VO2薄膜器件。在光照两端薄膜器件和MOS结构器件时，MOS结构的器件比普通器件有着对光照更高的灵敏度和更宽的压力测量范围。这些具有优异电学和光学性能参数的高品质VO 2薄膜在真空传感器中具有潜在的应用前景。　　另一方面，研究中制作了二氧化钒（VO2）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件，以描述基于单晶VO2薄膜中的Mott金属-绝缘体转变（MIT）的场效应晶体管的原型结构。研究中详细介绍了使用薄膜 VO 2作为沟道层的三端场效应晶体管器件的实验研究。已经表明，可以通过改变器件的温度和栅极电压（Vg）来实现沟道电阻的调制和反转层的厚度。改变 VO 2膜器件的栅极电压，相变温度可以从原有VO2的342K转换到低至318 K。基于FET的VO2薄膜的光响应特性，光电结果表明，所制备的VO2薄膜FET具有优异的灵敏度和作为光电检测器的良好再现性。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 二氧化钒的结构与性能

1.3 二氧化钒的应用前景

1.4 本文选题背景和研究内容

2 二氧化钒纳米材料的制备及其表征方法

2.1 二氧化钒制备简介

2.2 二氧化钒纳米材料的制备方法

2.3 二氧化钒的常用表征方法

2.4 二氧化钒电学特性表征

2.5 二氧化钒物质性质表征-范德堡法测试薄膜电阻率

2.6 本章小结

3 单晶二氧化钒薄膜的制备及其性能研究

3.1 研究背景

3.2实验方案（Vapor-solid method）

3.3管式炉制备二氧化钒薄膜工艺研究

3.4管式炉生长二氧化钒薄膜基于不同衬底的研究

3.5管式炉生长二氧化钒薄膜的结果与分析

3.6二氧化钒薄膜真空计设计

3.7本章小结

4 基于二氧化钒的M OS F ET器件的制作和性能研究

4.1研究背景

4.2二氧化钒MOSFET器件工艺

4.3二氧化钒MOSFET器件特性和MIT的调控

4.4二氧化钒MOSFET结构的真空计优化研究

4.5本章小结

5结论

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录