相變二氧化釩薄膜的制備及其太赫茲調制性能的研究.pdf

1、太赫茲波(Terahertz,THz)通常是指頻率在0.1THz-10THz范圍內的電磁輻射,處于宏觀電子學與微觀光子學的過渡區(qū)域。太赫茲波在無線通信、雷達成像、物質探測、醫(yī)療診斷等多個領域具有重要的應用。推動太赫茲科學的實際應用,需要提供很好的THz功能器件,如太赫茲波調制器、開關、濾波器、放大器等等。由于已有高頻電子器件或者光學器件應用到太赫茲頻段時帶來物理效應的顯著變化、性能的嚴重惡化和加工困難,因此關于太赫茲頻段可用的電子功能材

2、料和功能器件的研究就十分重要。本論文就是在這一背景下,采用相變材料VO2薄膜跟超材料相結合的方式,仿真設計并研制調控性能良好的THz調制器件。
　　本論文首先探索了利用射頻磁控濺射法制備相變性能良好的VO2薄膜的工藝參數,采用X-射線衍射分析儀、電子掃描電鏡和四探針電阻測試平臺對薄膜的微觀結構與電學性能進行測試分析,著重研究了氧分壓、襯底溫度對薄膜生長的影響。實驗分析表明,薄膜性能對氧分壓和襯底溫度十分敏感,通過工藝參數的優(yōu)化,制

3、備出了電阻突變超過3個數量級的相變性能優(yōu)異的VO2薄膜,對研制高性能的THz器件十分關鍵。
　　接著研究了Pt金屬薄膜上氧分壓以及緩沖層厚度對生長VO2薄膜晶體結構、微觀形貌和MIT性能性能的影響,測試結果表明一定厚度的SiO2緩沖層能夠緩解VO2薄膜與金屬薄膜之間的應力,制備出性能良好的VO2薄膜,具有明顯的(011)晶面擇優(yōu)取向,電阻變化超過3個數量級,薄膜表面平整致密,晶粒均勻分布。通過金屬-氧化物-金屬的器件結構對薄膜施加