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VO2薄膜Vis-NIR及NIR-MIR椭圆偏振光谱分析

王盼盼 章俞之 彭明栋 张云龙 吴岭南 曹韫真 宋力昕

VO2薄膜Vis-NIR及NIR-MIR椭圆偏振光谱分析

王盼盼, 章俞之, 彭明栋, 张云龙, 吴岭南, 曹韫真, 宋力昕
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  • 采用射频磁控溅射在石英玻璃基底上反应溅射制备单斜相(M相) VO2薄膜. 利用V-VASE和IR-VASE椭圆偏振仪及变温附件分别在0.5-3.5 eV (350-2500 nm)和0.083-0.87 eV (1400-15000 nm)入射光能量范围内对相变前后的VO2薄膜进行光谱测试, 运用逐点拟合的方式, 并通过薄膜的吸收峰的特征, 在 0.5-3.5 eV范围内添加3个Lorentz 谐振子色散模型和0.083-0.87 eV范围内添加4个Gaussion振子模型对低温态半导体态的薄膜椭偏参数进行拟合, 再对高温金属态的薄膜添加7个 Lorentz谐振子色散模型对进行椭偏参数的拟合, 得到了较为理想的拟合结果. 结果发现: 半导体态的VO2薄膜的折射率在近红外-中红外基本保持在最大值3.27不变, 且消光系数k在此波段接近于零, 这是由于半导体态薄膜在可见光-近红外光范围内的吸收主要是自由载流子吸收, 而半导体态薄膜的d//轨道内的电子态密度较小. 高温金属态的VO2薄膜的折射率n在近红外-中红外波段具有明显的增大趋势, 且在入射光能量为0.45 eV时大于半导体态的折射率; 消光系数k在近红外波段迅速增大, 原因是 在0.5-1.62 eV范围内, 能带内的自由载流子浓度增加及电子在V3d能带内发生带内的跃迁吸收, 使k值迅速增加; 当能量小于0.5 eV时k值变化平缓, 是由于薄膜内自由载流子浓度和电子跃迁率趋于稳定所致.
      通信作者: 章俞之, yzzhang@mail.sic.ac.cn
    • 基金项目: 国家重大科学研究项目(批准号: 2009CB939904)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-04
  • 修回日期:  2016-04-07
  • 刊出日期:  2016-06-20

VO2薄膜Vis-NIR及NIR-MIR椭圆偏振光谱分析

  • 1. 中国科学院上海硅酸盐研究所, 中国科学院特种无机涂层重点实验室, 上海 200050
  • 通信作者: 章俞之, yzzhang@mail.sic.ac.cn
    基金项目: 

    国家重大科学研究项目(批准号: 2009CB939904)资助的课题.

摘要: 采用射频磁控溅射在石英玻璃基底上反应溅射制备单斜相(M相) VO2薄膜. 利用V-VASE和IR-VASE椭圆偏振仪及变温附件分别在0.5-3.5 eV (350-2500 nm)和0.083-0.87 eV (1400-15000 nm)入射光能量范围内对相变前后的VO2薄膜进行光谱测试, 运用逐点拟合的方式, 并通过薄膜的吸收峰的特征, 在 0.5-3.5 eV范围内添加3个Lorentz 谐振子色散模型和0.083-0.87 eV范围内添加4个Gaussion振子模型对低温态半导体态的薄膜椭偏参数进行拟合, 再对高温金属态的薄膜添加7个 Lorentz谐振子色散模型对进行椭偏参数的拟合, 得到了较为理想的拟合结果. 结果发现: 半导体态的VO2薄膜的折射率在近红外-中红外基本保持在最大值3.27不变, 且消光系数k在此波段接近于零, 这是由于半导体态薄膜在可见光-近红外光范围内的吸收主要是自由载流子吸收, 而半导体态薄膜的d//轨道内的电子态密度较小. 高温金属态的VO2薄膜的折射率n在近红外-中红外波段具有明显的增大趋势, 且在入射光能量为0.45 eV时大于半导体态的折射率; 消光系数k在近红外波段迅速增大, 原因是 在0.5-1.62 eV范围内, 能带内的自由载流子浓度增加及电子在V3d能带内发生带内的跃迁吸收, 使k值迅速增加; 当能量小于0.5 eV时k值变化平缓, 是由于薄膜内自由载流子浓度和电子跃迁率趋于稳定所致.

English Abstract

参考文献 (30)

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