氧化釩薄膜的制備及其太赫茲波段相變性能的研究.pdf

1、二氧化釩（VO2）薄膜在太赫茲波段具有良好的熱致半導體-金屬相變（MIT）性能，在光學調制、開關、存儲材料等領域有巨大的應用前景。較低的溫度下，VO2薄膜呈絕緣相，對 THz波基本無吸收和色散作用，太赫茲透過率較高。但是隨著溫度升高超過相變溫度后，VO2薄膜呈金屬相，薄膜的太赫茲透過率急劇的減小。我們可以通過熱、光、電等外部激勵信號控制氧化釩薄膜的相變，使太赫茲波處于透過和不透過的兩種不同狀態，實現對太赫茲波的調制。
　　VO2薄

2、膜在THz波段的相變特性，為研究和制備超高速、高調制深度并能在室溫附近工作的THz調制器件，填補THz波段缺乏調控材料和器件的缺陷，促進THz波段器件的實際應用具有重要的科學意義和應用價值。
　　為了實現氧化釩薄膜在太赫茲調制器件上的應用，要求氧化釩薄膜具有好的穩定性和可靠性、高的響應率和效率，VO2應滿足四個方面的性能要求：（1）半導體態具有較高的太赫茲透過率；（2）較大的太赫茲調制深度；（3）較小的回線寬度；（4）較低的相變溫

3、度。
　　本論文主要圍繞制備良好太赫茲調制性能的氧化釩薄膜展開，立足現階段缺乏高調制幅度的氧化釩薄膜為基點，開展了以下兩部分工作：
　?。?）在高阻 Si（100）襯底上，利用直流反應磁控濺射法制備相變氧化釩薄膜，探究工藝參數（反應氧流量和濺射電流）對氧化釩MIT性能的影響。在探究工藝參數的實驗中，發現靶表面狀態的不同也影響著氧化釩的性能，尤其是太赫茲波段的調制深度。進而探究靶表面狀態對氧化釩薄膜太赫茲調制深度的影響，在平整

4、靶表面狀態下制備了在4.8~6THz波段室溫太赫茲透過率約為87％，高溫太赫茲透過率約為6%，平均調制深度為93%的氧化釩薄膜。
　?。?）在平整靶表面狀態下制備的氧化釩薄膜，雖然在4.8~6THz波段具有高調制深度，但是該薄膜回線寬度較寬（12.4℃），相變溫度較高（67.5℃），不能完全滿足氧化釩薄膜應用到太赫茲器件的四個性能要求，所以采用貼片法摻雜（Mo和W）來降低薄膜的回線寬度和相變溫度。在保持優良太赫茲調制深度（4.8~