超薄VO_2外延薄膜的制备及其金属-绝缘体相变的原位研究

采用电子束蒸发法(EBE)在单晶TiO_2(110)衬底上沉积VO_2超薄薄膜.实验以高纯金属V棒为蒸发源,高纯氧气作为反应气体,固定生长温度330℃,氧压2×10~(-6)mbar,然后通过改变不同的V蒸发速率和生长时间制备出不同特性的VO_2薄膜.利用原位的扫描隧道显微镜、低能电子衍射(LEED)和X线光电子能谱系统地分析所得样品的表面形貌、结构特征以及相转变过程中的能带结构变化,并对比找出EBE制备法的最佳生长条件.结果表明,当蒸发束流固定在20nA时,LEED点阵较亮,薄膜显示出接近于原子级平滑的表面;随着生长时间的增加,表面变粗糙,点阵变暗,V的价态逐渐降低,从+5价过渡到+3价;在薄膜厚度接近10个原子层时,薄膜存在金属-绝缘体相变行为.     

沉积氧压对RuVO2合金薄膜结构及MIT特性的影响研究

本工作采用脉冲激光沉积法,以c-Al_2O_3为衬底,金属钌(Ru)镶嵌金属钒(V)圆片作为靶材,高纯氧气为反应气体,在不同沉积氧压下制备出一系列RuVO_2合金薄膜.采用XRD、XPS、紫外-可见-近红外光谱仪、四探针测试仪等表征了薄膜的结构、成分及光电性能.实验结果表明:在不同沉积氧压下,薄膜均沿(010)晶面高度取向生长,薄膜的摇摆曲线半高宽在0. 050°～0. 091°之间,薄膜具有良好的结晶质量.低氧压(1. 5 Pa)下制备的RuVO_2薄膜成分严重偏离化学计量比而含有大量O空位缺陷.随着沉积氧压增大,薄膜化学成分接近化学计量比2∶1;在大于2. 4 Pa氧压条件下制备的薄膜都表现出显著的MIT特性,薄膜相变温度在50～55℃之间,在相变前后电阻率发生3个数量级的突变,同时对红外光展现出良好的调制能力,最高可达17%.氧压太高将降低薄膜沉积速率而不利于薄膜生长.     

Mo掺杂VO_2薄膜的制备及其相变性能

以蓝宝石片(Al2O3)为基底,使用溅射氧化耦合法,通过氧化V/Mo/V结构的金属薄膜夹层制备了不同Mo掺杂量的VO_2薄膜,使用原子力电子显微镜、光电子能谱和四探针测试仪对薄膜的形貌、成分和相变特性进行了分析.结果表明:Mo元素成功掺杂进入VO_2的晶格,且VO_2薄膜相变温度从65.03℃降低至51.36℃,同时伴随着回滞宽度和相变数量级一定程度的减少.此试验成功改变了VO_2薄膜的相变温度,对于智能窗等方向的应用具有重要意义.     

基于VO_2相变原理的多频谱可调超材料吸波体设计

利用二氧化钒(VO_2)绝缘体相-金属相的相变特性,将VO_2与超材料吸波体相结合设计了一种多频谱可调超材料吸波体.采用CST Microwave Studio软件对其在太赫兹波段和红外波段的吸收率曲线进行仿真模拟,仿真结果表明,当温度设置为高温状态(80℃)时,VO_2表现为金属相,此时在太赫兹波段表现为超吸收的特性;而当温度设置为低温状态(40℃)时,VO_2表现为绝缘体相,此时在红外波段表现为超吸收的特性;随后分别仿真模拟了VO_2为金属相时VO_2十字架臂长和VO_2为绝缘相时金属十字架臂长对吸波体吸收特性的影响;最后对该吸波体表面电流分布及内部的空间电场进行仿真与分析,并阐述了其电磁吸波及多频谱可调的机理.最终结果表明该超材料吸波体可以通过改变温度分别实现对太赫兹波段和红外波段的超吸收,在多频谱隐身、多频谱探测和多频谱通信等领域具有潜在的应用价值.     

空气环境下制备相变特性VO_2薄膜

提出了一种制备相变特性VO_2薄膜的简易方法.将制备好的金属钒薄膜置于440℃空气下氧化处理,获得相变温度为60℃的单斜VO_2薄膜,薄膜方块电阻值在60～85℃范围内变化量达2.2个数量级.X射线衍射分析(XRD)表明薄膜的主要成分为单斜相VO_2.探索了此工艺的一般性规律,分析高价态钒对薄膜相变的影响.     

衬底温度对Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜生长影响的研究

文章利用分子束外延方法在蓝宝石衬底上制备Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜,研究衬底温度对薄膜生长质量的影响。首先对370、380、390、400℃衬底温度下生长的Bi_2Se_3薄膜样品,利用反射高能电子衍射仪(reflection high-energy electron diffraction,RHEED)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)进行表面形貌的表征;利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和X射线能谱仪(energy dispersive X-ray spectroscopy,EDS)对样品的晶相和化学组分进行分析筛样。结果表明,衬底温度为390℃时制备的Bi_2Se_3薄膜表面平整、成分接近理想配比、结晶质量较好。最后利用综合物性测量系统测量了最佳衬底温度制备的样品的电学性质,表明样品为n型拓扑绝缘体薄膜。     

磁控溅射法生长ZnO薄膜的结构和表面形貌特性

采用射频磁控溅射方法,在Si(111)和玻璃基片上制备ZnO薄膜.研究衬底温度和基片类型对薄膜结构、表面形貌的影响.结果显示,所有ZnO薄膜沿c轴择优生长,同种基片类型上生长的薄膜,随着衬底温度升高,(002)衍射峰强度和表面粗糙度增高;相同衬底温度下生长的ZnO薄膜,Si基片上制备的薄膜(002)衍射峰强度和表面粗糙度小于玻璃片上的.基片类型影响薄膜应力状态,玻璃片上制备的ZnO薄膜处于张应变状态,Si基片上的薄膜处于压应变状态;对于同种基片类型上生长的ZnO薄膜,衬底温度升高,应力减小.Si衬底上、300℃下沉积的薄膜颗粒尺寸分布呈正态.     

电子束外延生长Er_2O_3单晶薄膜

使用电子束外延的方法在p型Si(001)和Si(111)衬底上,在700℃、7×10-6Torr的条件下首次实现了Er2O3单晶薄膜的生长。薄膜的结晶情况依赖于薄膜的生长温度和氧气压。在较低的温度和较低的氧气压下在薄膜内容易生成硅化铒,薄膜也趋于多晶化。而且,生长在SiO2/Si衬底上的Er2O3单晶薄膜的结晶情况和表面粗糙度比生长在清洁的Si衬底上的薄膜要好很多。     

应用Ti掺杂提高VO2薄膜太阳光红外能量调制能力

二氧化钒薄膜独特的半导体-金属相变特性使其在智能窗等领域有着广阔的应用前景。该研究采用直流反应共溅射技术沉积二氧化钒薄膜,通过调节Ti靶的放电电流,实现了VO_2薄膜不同量的Ti掺杂。并用X射线衍射仪、微区拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、分光光度计与四探针测量系统对样品微结构及相变特性进行表征,分析不同Ti掺杂量对VO_2薄膜微结构、表面形貌、相变温度、红外调制率的影响。研究结果表明,在Ti靶15 mA放电电流下掺杂的样品,太阳能调制能力有明显提高,达13.8%,但是过高的Ti掺杂则会使VO_2薄膜相变性能弱化甚至消失。     

生长条件对柔性钴铁氧体薄膜结构和磁性能的影响

采用脉冲激光沉积法在柔性云母衬底上生长了钴铁氧体(CoFe_2O_4,CFO)薄膜材料.利用X射线衍射、原子力显微镜和超导量子干涉仪对薄膜样品的结构、形貌和磁性进行了研究,讨论了在不同衬底温度和氧气压力下制备的CFO薄膜的结构与磁性能差异.结果表明,在590～690 ℃温度区间与10～40 mT氧压区间内,650 ℃、30 mT条件下生长的CFO薄膜表面光滑平整,晶粒紧密排列,具有良好的铁磁性.     

氧退火对Ba_(1-x)Sr_xTiO_3薄膜电荷存储特性的影响

采用氩离子束镀膜技术和硅平面工艺 ,在经过干氧氧化的硅衬底上制备一层钛酸锶钡 (Ba1-xSrxTiO3)薄膜 ,再在氧气氛中进行不同条件的退火处理 ,然后蒸铝并利用光刻技术制作铝电极 ,从而形成金属 -绝缘体 -氧化物 -半导体 (MIOS)双介质电容器结构 .通过该薄膜电容器的充放电实验 ,研究薄膜的电荷存储特性 .结果表明 ,该薄膜在不超过 80 0 ℃下退火 ,其电荷存储能力主要与氧组分有关 ;氧空位越多 ,电荷存储能力越强 .     

氧退火对Ba1-χ Srχ TiO3薄膜电荷存储特性的影响

采用氩离子束镀膜技术和硅平面工艺,在经过干氧氧化的硅衬底上制备一层钛酸锶钡(Ba1-χsrχTiO3)薄膜,再在氧气氛中进行不同条件的退火处理,然后蒸铝并利用光刻技术制作铝电极,从而形成金属-绝缘体-氧化物-半导体(MIOS)双介质电容器结构.通过该薄膜电容器的充放电实验,研究薄膜的电荷存储特性.结果表明,该薄膜在不超过800℃下退火,其电荷存储能力主要与氧组分有关;氧空位越多,电荷存储能力越强.     

脉冲激光制备ZnO薄膜的结构和光学特性

通过脉冲激光沉积方法在1.3 Pa氧氛围,石英衬底上制备了ZnO薄膜.用X射线衍射(XRD)谱,原子力显微镜(AFM),光致发光谱(PL)表征了薄膜的结构和光学特性.XRD谱显示在生长温度500℃时获得了六方结构的单晶薄膜;AFM显示出随着温度的提升,晶粒提升,而表面粗糙度变小;PL谱显示出强烈的紫外发射和蓝光发射.随着温度的提升,薄膜的结构和光学特性得到显著提高.     

SnO薄膜在r面蓝宝石衬底上的外延生长及其性能研究

以SnO陶瓷为靶材,采用脉冲激光沉积法(PLD),在厚度为330 nm的r面蓝宝石衬底上制备厚度约为270 nm的单相SnO外延薄膜,并通过改变衬底温度,系统地研究生长温度对薄膜结构及光学性质的影响.X线衍射(XRD)测试表明,在衬底温度小于或等于575℃时,成功制备出单相的SnO外延薄膜.薄膜与衬底蓝宝石的外延关系为:SnO(001)∥Al_2O_3(1-102),SnO[110]∥Al_2O_3[-12-10].而当温度大于575℃时,由于歧化反应:(1+x)SnO→xSn+SnO_(1+x),得到的SnO薄膜中存在少量的金属Sn相、Sn_3O_4及SnO_2相.透射光谱显示,样品在可见光区的透过率高达80%.薄膜的光学带隙随温度的增加呈现V字型变化趋势.衬底温度小于或等于575℃时,薄膜的光学带隙随温度的升高而减小;当生长温度大于575℃时,由于SnO_2的出现导致薄膜的带隙随温度升高而变大.     

溅射氧化耦合法制备Ti掺杂VO_2薄膜及其极窄回滞特性

采用溅射氧化耦合法,在Al2O3基底上成功实现了对VO_2薄膜的Ti元素掺杂.通过光电子能谱(XPS)的分析,试验制备的VO_2薄膜具有较高的纯度,只含有少量+3价V,同时也对Ti元素的含量进行了定量分析,分析结果证明了试验设计的合理性.通过测量VO_2薄膜在不同温度下的方块电阻,绘出了其电阻-温度曲线,并分析得到了Ti不同掺杂含量下的相变温度与回滞宽度.研究结果表明,Ti掺杂对VO_2薄膜的相变温度没有明显的影响,但可以有效地使VO_2薄膜的回滞宽度变窄,甚至接近于单晶VO_2的回滞宽度.该试验对于VO_2薄膜的开关器件应用具有重要意义.     

良好结晶VO_2(A)纳米杆的相变、电学和光转变特性（英文）

在VO_2-草酸体系中,利用一步水热合成法制备结晶良好的VO_2(A)纳米杆.成品的结构和尺寸分别通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征.差示扫描量热(DSC)曲线显示在加热过程中VO_2的相转变温度为167.8℃.变温X射线衍射(XRD)图谱显示加热时VO_2(A)在160~180℃发生相变.温度升高到450K时,磁化率突然增加.使用4探针法测量VO_2(A)样品的电阻率,滞后现象显示VO_2(A)的相变为1级相变.根据阿仑尼乌斯曲线,得出低温VO_2(AL)和高温VO_2(AH)的活化能分别为0.39eV和0.37eV.变温红外光谱显示VO_2(A)纳米杆在红外区域具有良好的光学转换特性,此特性与VO_2(A)的可逆结构转变有关.研究结果表明VO_2(A)纳米材料可应用于红外开关装置.     

掺Mn拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜的制备及其电磁特性研究

文章利用分子束外延(molecular beam epitaxy,MBE)法在蓝宝石衬底上制备拓扑绝缘体Bi_2Se_3和掺杂Mn的拓扑绝缘体Bi_2Se_3的异质结薄膜。利用反射高能电子衍射仪(reflection high-energy electron diffraction,RHEED)和X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对不同条件制备的样品晶相进行分析,获得最优的制备参数,主要包括衬底温度为390℃、Bi和Se的流量比为1∶10以及Mn流量对应的温度为590℃;利用综合物性测量系统(physical property measurement system,PPMS)测量了样品的温度电阻、磁电阻和霍尔电阻。测量结果表明,与纯Bi_2Se_3薄膜相比,Bi_2Se_3和掺杂Mn的Bi_2Se_3构成的异质结薄膜的电阻随温度的升高表现出金属性-绝缘性的转变和更强的磁阻特性,而且由于异质层间的近邻效应导致异质薄膜表现出p型导电特性。     

Sensing Properties of Ba1-xLaxNbyTi1-yO3 Thin-Film on SiO2/Si Substrate

通过离子束溅射技术淀积在SiO2/Si衬底上的钛酸镧钡铌膜(Ba1-xLaxNbyTi1-yO3),制成集薄膜电阻和金属-绝缘体-半导体(MIS)电容为一体的传感器.实验结果表明,薄膜电阻在303～673 K温度范围内对可见光和热具有良好的灵敏特性,同时MIS电容对相对湿度有很高的灵敏度.我们测试了此薄膜的光吸收特性,并得到了它的禁带宽度.最后,我们研究了薄膜电阻的阻抗温度频率特性和频率对MIS电容湿敏特性的影响.     

不同温度下脉冲激光沉积LiCoO_2薄膜的微观结构和表面形貌

使用脉冲激光沉积技术,不同的衬底温度,在单晶Si(100)衬底上沉积了锂离子电池正极材料Li-CoO2的薄膜.用XRD对样品进行晶体结构分析,用SEM观察了样品的表面形貌.结果显示,衬底温度对LiCoO2薄膜的微观结构和表面形貌都有明显影响.在500℃以上的衬底温度下生长的样品结晶质量较好;晶体的颗粒尺寸随着温度的升高而增大.     

纳米Cu/SiO2薄膜制备及其性能

采用热蒸发在载玻片和SiO_2衬底上沉积约5. 12 nm的Cu薄膜,再用退火炉分别进行100、200、300、400和500℃等5个温度退火,得到不同温度下的纳米Cu薄膜.用原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究不同退火温度对纳米Cu薄膜表面形貌、粒子分布和光学性质的影响.实验结果表明:当纳米Cu薄膜在载玻片上生长Cu颗粒阵列时,需要将退火温度控制在200℃左右;若使纳米Cu薄膜在SiO_2薄膜表面也能生长Cu颗粒阵列,退火温度比没有沉积SiO_2薄膜的衬底高100℃,此时纳米Cu颗粒对应方均根粗糙度为7. 20 nm、峰高(Skewness)为1. 75,以及偏态(Kurtosis)为5. 67,仅透射率略低9%.这样的Cu颗粒阵列更利于做超结构薄膜与完美吸收的顶层纳米金属颗粒.当退火温度为500℃时,载玻片上生长Cu薄膜的透射率出现一个相对稳定的波段,该工艺条件制备出来的纳米Cu薄膜,可以用来制作一些微型芯片,而SiO_2薄膜表面生长使纳米Cu薄膜对应方均根粗糙度为6. 25 nm、峰高为0. 57,以及偏态为2. 66.这样的Cu颗粒阵列不仅能够做大频率光电波吸收,还可以用作全固态电池中电解质上层的导电层.