氧化法结合快速热处理制备VOx薄膜及其性质研究.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 1 (2013) 018104 氧化法结合快速热处理制备VO 薄膜及其性质研究* † 高旺 胡明 后顺保 吕志军 武斌 ( 天津大学电子信息工程学院, 天津 300072 ) ( 2012 年7 月3 日收到; 2012 年7 月17 日收到修改稿) 采用磁控溅射法在单晶Si ⟨100⟩ 基底上沉积金属钒(V) 薄膜, 在高纯氧环境下快速热处理制备具有相变特性的 氧化钒(VO ) 薄膜. 利用X 射线衍射仪、X 射线光电子能谱和扫描电子显微镜对薄膜结晶结构、薄膜中V 的价态 x 与组分及表面微观形貌进行分析, 应用四探针测试方法和太赫兹时域频谱技术对样品的电学和光学特性进行测试. 结果表明: 在一定范围的快速热处理保温温度和保温时间下, 都可以制备出具有热致相变特性的氧化钒薄膜, 相变 前后薄膜的方块电阻变化超过两个数量级, 薄膜成分主要由V O 和VO 混合组成, 薄膜中V 整体价态不因热处理 2 5 2 条件改变而不同. 在快速热处理条件范围内, 500 ◦C 25 s 左右条件下(中温区) 制备出的氧化钒薄膜相变特性最佳, 并且对THz 波有一定的调制作用. 关键词: 氧化钒薄膜, 相变特性, 快速热处理, THz 调制 PACS: 81.40.Gh, 81.05.Hd, 81.40.Rs, 81.40.Tv DOI: 10.7498/aps.62.018104 10 11 法(PLD) 、溶胶- 凝胶法 等. 不同方法制备 1 引言 的VO2 薄膜从性质和微观结构上都不尽相同, 而且 为了达到更好的相变效果, 一般情况下都要经过热 二氧化钒(VO ) 是一种具有相变性质的金属 处理. 2 氧化物, 在接近室温T 68 ◦C 左右, VO 能发生 对于比较常见的磁控溅射法来讲, 通常进行反 c 2 1 从半导体相到金属相的可逆转变 . 这种转变体现 应溅射, 也就是在通入Ar 气的同时通入一定量比 在宏观上是其电学、光学、磁学性质的突变, 而微 例的O , 通过调整Ar 和O 压强比从而制备不同 2 2 观上则体现其晶体结构发生变化: 低温下VO2 是 成分、不同结构氧化钒薄膜. 本实验室对于氧化 具有单斜金红石结构的半导体相; 高温时变为具有 钒薄膜的研究在一段时间内采用反应溅射法1213 , 2 四方金红石结构的金属相 . 由于优良的相变特 但由于此工艺Ar 和O2 压强比不易控制, 导致实验 3 性和热敏电阻特性使其在微测辐射热计 、智能 稳定性和可重复性较差, 常规热处理工艺也使得薄 4 5