搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

氧化法结合快速热处理制备VOx薄膜及其性质研究

高旺 胡明 后顺保 吕志军 武斌

引用本文:
Citation:

氧化法结合快速热处理制备VOx薄膜及其性质研究

高旺, 胡明, 后顺保, 吕志军, 武斌

Preparation of vanadium oxide thin films by oxidation with rapid thermal processing

Gao Wang, Hu Ming, Hou Shun-Bao, Lü Zhi-Jun, Wu Bin
PDF
导出引用
  • 采用磁控溅射法在单晶Si 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(VOx)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V2O5和VO2混合组成, 薄膜中V整体价态不因热处理条件改变而不同.在快速热处理条件范围内, 500 ℃ 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.
    Vanadium thin films are deposited by magnetron sputter. Then VOx thin films are fabricated by a series of rapid thermal processes (RTPs) in pure oxygen environment. X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscope are employed to analyze crystalline structure of the thin film, phase composition and surface morphology. Electrical and optical properties of VOx thin film are measured by the four-point probe method and THz time-domain spectroscopy technology, respectively. The results reveale that the VOx thin film which is composed mainly of V2O5 and VO2 has the properties of phase transition to a certain extent within the RTP condition of heat preservation temperature and time, and the overall valence of vanadium remains unchanged, no matter whether the RTP condition is the same. The best performance VOx thin film can be obtained under the moderate RTP condition, such as 500 ℃ 25 s, and this film can also modulate the THz wave.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金 (批准号: 61101055) 和高等学校博士学科点专项科研基金 (批准号: 20100032120029) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61101055) and the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20100032120029).
    [1]

    Morin F J 1959 Phys. Rev. Lett. 3 34

    [2]

    Zylbersztejn A, Mott N F 1975 Phys. Rev. B 11 4383

    [3]

    Chen C H, Yi X J, Zhao X R, Xiong B F 2001 Sens. Actuators. A 90 212

    [4]

    Chen Z, Gao Y F, Kang L T, Jing D, Zhang Z T, Luo H J, Miao H Y, Tan G Q 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95 2677

    [5]

    Ben-Messaoud T, Landry G, Gariepy J P, Ramamoorthy B, Ashrit P V, Hache A 2008 Opt. Commun. 281 6024

    [6]

    Lee J S, Ortolani M, Schade U 2007 Appl. Phys. Lett. 91 133509

    [7]

    Jepsen P U, Fischer B M, Thoman A, Helm H, Suh J Y, Lopez R, Haglund R F 2006 Phys. Rev. B 74 205103

    [8]

    Aikuhaili M F, Khawaja E E, Ingram D C, Durrani S M A 2004 Thin Solid Films 460 30

    [9]

    L Y Q, Hu M, Wu M, Liu Z G 2007 Surf. Coat. Technol. 201 4969

    [10]

    Kumar R T R, Karunagaran B, Mangalaraj D, Narayandass S K, Manoravi P, Joseph M, Gopal V 2003 Sens. Actuators. A 107 62

    [11]

    Yin D C, Xu N K, Zhang J Y, Zheng X L 1996 Mater. Res. Bull. 31 335

    [12]

    Hou S B, Hu M, L Z J, Liang J R, Chen T 2012 Chin. J. Lasers 39 0107002 (in Chinese) [后顺保, 胡明, 吕志军, 梁继然, 陈涛 2012 中国激光 39 0107002 ]

    [13]

    L Z J, Hu M, Chen T, Hou S B, Liang J R 2012 Micronanoelectron. Technol. 49 27 (in Chinese) [吕志军, 胡明, 陈涛, 后顺保, 梁继然 2012 微纳电子技术 49 27]

    [14]

    Brassard D, Fourmaux S, Jean-Jacques M, Kieffer J C, El Khakani M A 2005 Appl. Phys. Lett. 87 051910

    [15]

    Alov N, Kutsko D, Spirovova I, Bastl Z 2006 Surf. Sci. 600 1628

    [16]

    Liang J R, Hu M, Wang X D, Li G K, Ji A, Yang F H, Liu J, Wu N J, Chen H D 2009 Acta Phys.-Chim. Sin. 25 1523 (in Chinese) [梁继然, 胡明, 王晓东, 李贵柯, 季安, 杨富华, 刘剑, 吴南健, 陈弘达 2009 物理化学学报 25 1523]

    [17]

    Rozen J, Lopez R, Haglund R F, Feldman L C 2006 Appl. Phys. Lett. 88 081902

  • [1]

    Morin F J 1959 Phys. Rev. Lett. 3 34

    [2]

    Zylbersztejn A, Mott N F 1975 Phys. Rev. B 11 4383

    [3]

    Chen C H, Yi X J, Zhao X R, Xiong B F 2001 Sens. Actuators. A 90 212

    [4]

    Chen Z, Gao Y F, Kang L T, Jing D, Zhang Z T, Luo H J, Miao H Y, Tan G Q 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95 2677

    [5]

    Ben-Messaoud T, Landry G, Gariepy J P, Ramamoorthy B, Ashrit P V, Hache A 2008 Opt. Commun. 281 6024

    [6]

    Lee J S, Ortolani M, Schade U 2007 Appl. Phys. Lett. 91 133509

    [7]

    Jepsen P U, Fischer B M, Thoman A, Helm H, Suh J Y, Lopez R, Haglund R F 2006 Phys. Rev. B 74 205103

    [8]

    Aikuhaili M F, Khawaja E E, Ingram D C, Durrani S M A 2004 Thin Solid Films 460 30

    [9]

    L Y Q, Hu M, Wu M, Liu Z G 2007 Surf. Coat. Technol. 201 4969

    [10]

    Kumar R T R, Karunagaran B, Mangalaraj D, Narayandass S K, Manoravi P, Joseph M, Gopal V 2003 Sens. Actuators. A 107 62

    [11]

    Yin D C, Xu N K, Zhang J Y, Zheng X L 1996 Mater. Res. Bull. 31 335

    [12]

    Hou S B, Hu M, L Z J, Liang J R, Chen T 2012 Chin. J. Lasers 39 0107002 (in Chinese) [后顺保, 胡明, 吕志军, 梁继然, 陈涛 2012 中国激光 39 0107002 ]

    [13]

    L Z J, Hu M, Chen T, Hou S B, Liang J R 2012 Micronanoelectron. Technol. 49 27 (in Chinese) [吕志军, 胡明, 陈涛, 后顺保, 梁继然 2012 微纳电子技术 49 27]

    [14]

    Brassard D, Fourmaux S, Jean-Jacques M, Kieffer J C, El Khakani M A 2005 Appl. Phys. Lett. 87 051910

    [15]

    Alov N, Kutsko D, Spirovova I, Bastl Z 2006 Surf. Sci. 600 1628

    [16]

    Liang J R, Hu M, Wang X D, Li G K, Ji A, Yang F H, Liu J, Wu N J, Chen H D 2009 Acta Phys.-Chim. Sin. 25 1523 (in Chinese) [梁继然, 胡明, 王晓东, 李贵柯, 季安, 杨富华, 刘剑, 吴南健, 陈弘达 2009 物理化学学报 25 1523]

    [17]

    Rozen J, Lopez R, Haglund R F, Feldman L C 2006 Appl. Phys. Lett. 88 081902

  • [1] 闫忠宝, 孙帅, 张帅, 张尧, 史伟, 盛泉, 史朝督, 张钧翔, 张贵忠, 姚建铨. 二氧化钒相变对太赫兹反谐振光纤谐振特性的影响及其应用. 物理学报, 2021, 70(16): 168701. doi: 10.7498/aps.70.20210084
    [2] 杨培棣, 欧阳琛, 洪天舒, 张伟豪, 苗俊刚, 吴晓君. 利用连续激光抽运-太赫兹探测技术研究单晶和多晶二氧化钒纳米薄膜的相变. 物理学报, 2020, 69(20): 204205. doi: 10.7498/aps.69.20201188
    [3] 孙肖宁, 曲兆明, 王庆国, 袁扬, 刘尚合. 电场诱导二氧化钒绝缘-金属相变的研究进展. 物理学报, 2019, 68(10): 107201. doi: 10.7498/aps.68.20190136
    [4] 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. 物理学报, 2016, 65(12): 127201. doi: 10.7498/aps.65.127201
    [5] 郝如龙, 李毅, 刘飞, 孙瑶, 唐佳茵, 陈培祖, 蒋蔚, 伍征义, 徐婷婷, 方宝英, 王晓华, 肖寒. 基于FTO/VO2/FTO结构的VO2薄膜电压诱导相变光调制特性. 物理学报, 2015, 64(19): 198101. doi: 10.7498/aps.64.198101
    [6] 熊瑛, 文岐业, 田伟, 毛淇, 陈智, 杨青慧, 荆玉兰. 硅基二氧化钒相变薄膜电学特性研究. 物理学报, 2015, 64(1): 017102. doi: 10.7498/aps.64.017102
    [7] 曲艳东, 孔祥清, 李晓杰, 闫鸿浩. 热处理对爆轰合成的纳米TiO2混晶的结构相变的影响. 物理学报, 2014, 63(3): 037301. doi: 10.7498/aps.63.037301
    [8] 杨伟, 梁继然, 刘剑, 姬扬. 在半导体-金属相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动. 物理学报, 2014, 63(10): 107104. doi: 10.7498/aps.63.107104
    [9] 孙丹丹, 陈智, 文岐业, 邱东鸿, 赖伟恩, 董凯, 赵碧辉, 张怀武. 二氧化钒薄膜低温制备及其太赫兹调制特性研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017202. doi: 10.7498/aps.62.017202
    [10] 徐嶺茂, 高超, 董鹏, 赵建江, 马向阳, 杨德仁. 单晶硅片中的位错在快速热处理过程中的滑移. 物理学报, 2013, 62(16): 168101. doi: 10.7498/aps.62.168101
    [11] 邱东鸿, 文岐业, 杨青慧, 陈智, 荆玉兰, 张怀武. 金属Pt薄膜上二氧化钒的制备及其电致相变性能研究. 物理学报, 2013, 62(21): 217201. doi: 10.7498/aps.62.217201
    [12] 何琼, 许向东, 温粤江, 蒋亚东, 敖天宏, 樊泰君, 黄龙, 马春前, 孙自强. 溶胶凝胶制备氧化钒薄膜的生长机理及光电特性. 物理学报, 2013, 62(5): 056802. doi: 10.7498/aps.62.056802
    [13] 韦晓莹, 胡明, 张楷亮, 王芳, 刘凯. 氧化钒薄膜的微结构及阻变特性研究. 物理学报, 2013, 62(4): 047201. doi: 10.7498/aps.62.047201
    [14] 蔡雅楠, 崔灿, 沈洪磊, 梁大宇, 李培刚, 唐为华. 热处理对富硅氧化硅薄膜中硅纳米晶形成的影响. 物理学报, 2012, 61(15): 157804. doi: 10.7498/aps.61.157804
    [15] 武斌, 胡明, 后顺保, 吕志军, 高旺, 梁继然. 快速热处理制备相变氧化钒薄膜及其特性研究. 物理学报, 2012, 61(18): 188101. doi: 10.7498/aps.61.188101
    [16] 宋婷婷, 何捷, 林理彬, 陈军. 氧化钒晶体的半导体至金属相变的理论研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6480-6486. doi: 10.7498/aps.59.6480
    [17] 郜小勇, 李 瑞, 陈永生, 卢景霄, 刘 萍, 冯团辉, 王红娟, 杨仕娥. 微晶硅薄膜的结构及光学性质的研究. 物理学报, 2006, 55(1): 98-101. doi: 10.7498/aps.55.98
    [18] 宋永梁, 季振国, 刘 坤, 王 超, 向 因, 叶志镇. 热处理参数对溶胶-凝胶法制备氧化锌薄膜特性的影响. 物理学报, 2004, 53(2): 636-639. doi: 10.7498/aps.53.636
    [19] 潘梦霄, 曹兴忠, 李养贤, 王宝义, 薛德胜, 马创新, 周春兰, 魏 龙. 氧化钒薄膜微观结构的研究. 物理学报, 2004, 53(6): 1956-1960. doi: 10.7498/aps.53.1956
    [20] 卢励吾, 张砚华, 徐遵图, 徐仲英, 王占国, J.Wang, WeikunGe. 快速热处理对应变InGaAs/GaAs单量子阱激光二极管电子发射和DX中心的影响. 物理学报, 2002, 51(2): 367-371. doi: 10.7498/aps.51.367
计量
  • 文章访问数:  5729
  • PDF下载量:  785
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-03
  • 修回日期:  2012-07-17
  • 刊出日期:  2013-01-05

/

返回文章
返回