基于不同衬底和反应源的VO2纳米材料与器件制备工艺研究
目录
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摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................ I II 目录 ................................................................................................................................................. V 图表目录........................................................................................................................................ VII 第一章绪论. (1)
1.1.课题的研究背景 (1)
1.2. VO2材料研究现状 (1)
1.3.相变原因和相变前后结构变化 (6)
1.3.1.相变原因 (6)
1.3.2.相变前后结构变化的性质 (7)
1.4.课题主要研究的内容 (9)
第二章VO2纳米材料制备原理和测试方法 (11)
2.1.气相沉积 (11)
2.2.纳米材料制备原理 (12)
2.3.纳米薄膜制备原理 (15)
2.4.尾气处理 (16)
2.5.表征测试方法 (16)
2.5.1.金相显微镜 (16)
2.5.2.扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope） (17)
2.5.3.晶体结构分析（X-Ray Diffraction） (18)
第三章VO2纳米材料制备及其形貌结构分析 (19)
3.1.制备纳米线 (19)
3.1.1.二氧化钒作为反应源 (19)
3.1.2.以三氧化二钒（V2O3 ）为反应源 (20)
3.1.3.以五氧化二钒为反应源 (21)
3.2.薄膜制备 (24)
3.3.纳米线及纳米薄膜的形貌和结构分析 (25)
3.3.1.纳米线形貌和结构分析 (25)
3.3.2.纳米薄膜形貌和结构分析 (30)
3.3.3.纳米线和纳米薄膜的结构分析 (32)
3.4.本章小结 (34)
第四章VO2纳米材料器件制备工艺 (35)
4.1.实验方案 (35)
4.2.光刻工艺 (35)
4.2.1.衬底处理 (36)
4.2.2.涂胶 (36)
4.2.3.前烘（软烘） (38)
4.2.4.曝光 (39)
4.2.5.后烘（PEB） (39)
4.2.6.显影 (39)
4.2.7.坚膜 (40)
东华理工大学硕士学位论文
4.2.8.显影检查 (41)
4.2.9.实验中碰到的问题 (42)
4.3.金属沉积工艺 (43)
4.3.1.薄膜蒸镀的过程应注意的问题 (45)
4.3.2.图形化蓝宝石衬底和光滑衬底在蒸镀过程中的差别 (46)
4.4.剥离工艺 (47)
4.4.1.剥离工艺参数控制 (49)
4.4.2. VO2纳米薄膜的电极制备 (49)
4.5.本章小结 (52)
第五章VO2纳米线和纳米薄膜的性能测试 (55)
5.1.纳米线和纳米薄膜电学和光学测试系统 (55)
5.2.纳米线和纳米薄膜的电学和光学特性 (56)
5.3.本章小结 (60)
第六章总结 (61)
6.1.总结 (61)
6.2.展望 (62)
致谢 (63)
参考文献 (65)
图表目录
图表目录
图1-1 钒氧化物的平衡相图[1] (3)
图1-2 温度与氧分压的氧化钒相图[1] (4)
表1-1几种钒的氧化物主要性质 (4)
图1-3 不同的退火温度对薄膜反射比的影响[45] (5)
图1-4两个不同试样的相变温度迟滞[46] (6)
图1-5蓝宝石三种不同晶向制备的纳米网相变温度迟滞回线 (6)
图1-6绝缘体、半导体、和导体能带示意图[47] (7)
图1-7 VO2晶体结构[48] (8)
图1-8 VO2(R)到VO2(M)时氧八面体的变化[48] (9)
图2-1 管式炉装置简单示意图[52] (11)
图2-2 实验室所使用的管式炉设备 (11)
图2-3 VO2纳米线生长机制[54] (12)
图2-4 V-O温度成分相变图[55] (13)
图2-5奥斯瓦尔德熟化[59] (14)
图2-6薄制备膜示意图 (15)
图2-7 实验室尾气处理装置 (16)
图2-8型号Primo Star金相显微镜 (17)
图2-9 Nova NanoSEM450扫描电子显微镜 (18)
图2-10 D8 Advance A25X射线衍射仪系统 (18)
图3-1以二氧化钒为反应源制备纳米线的升温曲线 (27)
图3-2 以三氧化二钒为反应源制备纳米线的升温曲线 (21)
图3-3基于PSS衬底以五氧化二钒为反应源制备纳米线 (22)
图3-4基于SiO2为衬底以五氧化二钒为反应源制备纳米线升温曲线 (23)
表3-1制备纳米线所需要的原材料 (24)
图3-5 基于管式炉方法制备VO2纳米薄膜的升温曲线 (25)
图3-6基于Si3N4为衬底以V2O3为反应源所得到的纳米线 (25)
图3-7基于SiO2为衬底以VO2为反应源制备所得纳米线 (26)
图3-8基于石英为衬底以V2O5为反应源制备的纳米线 (26)
图3-9未抛光石英片制备纳米线的制备机理[60] (27)
图3-10石英衬底的侧面SEM图 (27)
图3-11基于PSS以V2O5为反应源制备的纳米线 (28)
图3-12因纳米线堆积导致在超声过程脱落 (29)
图3-12基于SiO2衬底产生的纳米线堆积 (30)
图3-14纳米薄膜金相显微镜图 (31)
图3-15纳米薄膜SEM图 (31)
图3-16基于PSS制备纳米线的物质成分图 (32)
图3-17VO2纳米线基于三种反应源的XRD图谱 (33)
图3-18VO2纳米线和纳米薄膜XRD图谱 (33)
东华理工大学硕士学位论文
图4-1电极制作的基本步骤 (35)
图4-2光刻基本工艺流程 (35)
图4-3 RFJ-220负性光刻胶涂布曲线 (37)
图4-4涂胶工艺示意图[51] (37)
图4-5光刻胶薄膜厚度不够，镀膜时间过长导致龟裂 (38)
图4-6正胶和负胶进行图形转移的示意图 (40)
图4-7衬底烘烤示意图 (41)
图4-8掩模版图案转移示意图 (41)
图4-9边缘台阶效应 (42)
图4-11蒸镀示意图 (43)
图4-12真空蒸镀剥离对比图 (44)
图4-13图形化蓝宝石衬底蒸镀顺序示意图 (46)
图4-14图形化蓝宝石衬底参数 (47)
图4-15光刻胶剥离示意图 (48)
图4-16剥离超声图 (49)
图4-17 VO2纳米薄膜电极制备示意图 (51)
图5-1 型号PS-100桌面低温探针台 (55)
图5-2 型号336低温温度控制器 (56)
图5-3 型号4200A-SCS参数分析仪 (56)
图5-4 VO2纳米材料特性测试示意图 (57)
图5-5 VO2纳米线温度相变曲线 (57)
图5-6 VO2纳米线光电流和暗电流 (57)
图5-7 VO2纳米线红外线光电流和紫外线的光电流 (58)
图5-8 VO2纳米薄膜红外线光电流和紫外线的光电流 (58)
图5-9真空度对VO2材料电阻的影响 (60)
图5-10 VO2纳米材料的TCR (60)