PDF《VO2/AZO 复合薄膜的制备及其光电特性研究∗》

物理学报Acta Phys.

Sin. Vol. 63, No.

21 (2014)

218101 VO2/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究? 袁文瑞1) 李毅1)2)? 王晓华1)3) 郑鸿柱1) 陈少娟1) 陈建坤1) 孙瑶1) 唐佳茵1) 刘飞1) 郝如龙1) 方宝英1) 肖寒1) 1)(上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093) 2)(上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093) 3)(上海电力学院计算机与信息工程学院, 上海 200090) (

2014 年5月20 日收到;

2014 年6月20 日收到修改稿 ) 采用直流磁控溅射和后退火氧化的方法在掺铝氧化锌 (AZO) 导电玻璃上制备了二氧化钒 (VO2) 薄膜, 研究了不同的退火温度、 退火时间对 VO2/AZO 复合薄膜制备的影响, 并对复合薄膜的结构、 组分、 光电特性 进行了测试与分析. 结果表明, 导电玻璃上的 AZO 没有改变 VO2 的取向生长, 但明显改变了 VO2 薄膜的表 面形貌特征. 与用相同工艺和条件在普通玻璃基底上制备的 VO2 薄膜相比, VO2/AZO 复合薄膜的相变温度 降低约

25 ? C, 热滞回线宽度收窄至

6 ? C, 相变前后可见光透过率均在 50% 以上,

1500 nm 处红外透过率约为 55% 和21%, 电阻率变化达

3 个数量级. 该复合薄膜表面平滑致密, 制备工艺简单, 性能稳定, 可应用于新型 光电器件. 关键词: VO2, AZO, 热致相变, 光电特性 PACS: 81.05.Ct, 81.15.Cd, 68.55.Ca, 74.25.Gz DOI: 10.7498/aps.63.218101

1 引言二氧化钒 (VO2) 是一种具有热致相变特性的 功能材料, 单晶在

68 ? C 时发生从单斜结构半导体 相向四方结构金属相的可逆转变 [1] , 转变所需的时 间仅为皮秒量级, 相变前后薄膜红外波段光透过 率、 反射率发生突变, 可见光区域的透过率则几乎 没有变化. 这种热致相变特性使 VO2 薄膜在光存 储器、 光调制器、 光开关、 激光防护和智能窗等领域 有广泛的应用前景 [2?5] . 纯净 VO2 薄膜的相变温度是

68 ? C 且热滞回 线较宽难以满足实际应用的要求 [6,7] . 目前主要有 两种手段改善 VO2 薄膜的相变特性. 一种手段就 是掺入杂质离子, 研究表明 W6+ , Mo6+ , Nb5+ 等 半径较大的阳离子可以使VO2 的费米能级上移, 能 带变窄, 一定程度上能够降低其相变温度, 其中钨 掺杂的效果最明显. 但掺杂会导致 VO2 在半导体 相时形成区域性能级, 该能级上的电子容易吸收不 同波段光子的能量, 跃迁至导带而成为离域电子, 最终使薄膜的光透过率下降, 同时也影响薄膜的光 电开关特性 [8?10] . 另一种手段就是通过多层结构薄膜的设计 与制备来改善 VO2 薄膜的相变特性. 在VO2 薄 膜表面沉积 ZrO2, Si3N4, TiO2 得到的 ZrO2/VO2, Si3N4/VO2, TiO2/VO2 复合薄膜具有减反功能, 可 以提高薄膜的可见光透过率 [11?13] , 但是近红外波 段的相变特性改善有限, 并且需要额外的薄膜电 极才能更方便地应用于光电子器件. Yang 等[14] 曾在 Ga掺杂的 ZnO基底上制备出了 VO2 薄膜, 电 阻率热滞回线收窄至 2.3 ? C, 但相变温度高达

60 ? 国家高技术研究发展计划 (863 计划) 项目 (批准号: 2006AA03Z348)、 教育部科学技术研究重点项目 (批准号: 207033)、 上海市科学 技术委员会科技攻关计划项目 (批准号: 06DZ11415)、 上海市教育委员会科技创新重点项目 (批准号: 10ZZ94) 和上海领军人才培养 计划资助项目 (批准号: 2011-026) 资助的课题. ? 通讯作者. E-mail: [email protected] ?