相变二氧化钒薄膜的制备与其太赫兹调制性能的分析

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目相变二氧化钒薄膜的制备及其太赫兹调制性能的研究学科专业材料科学与工程学号201121036015作者姓名邱东鸿指导教师文岐业教授分类号密级注1UDC学位论文相变二氧化钒薄膜的制备及其太赫兹调制性能的研究（题名和副题名）邱东鸿（作者姓名）指导教师文岐业教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业材料科学与工程提交论文日期2014.4.02论文答辩日期2014.5.

2、26学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月30日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。PREPARATIONOFVANADIUMDIOXIDETHINFILMSANDTHERESEARCHONTERAHERTZMODULATIONAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MaterialsScienceandEngineeringAuthor:QiuDonghongAdvisor:ProfessorWenQiye

3、School:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构

4、送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要太赫兹波(Terahertz,THz)通常是指频率在0.1THz-10THz范围内的电磁辐射,处于宏观电子学与微观光子学的过渡区域。太赫兹波在无线通信、雷达成像、物质探测、医疗诊断等多个领域具有重要的应用。推动太赫兹科学的实际应用，需要提供很好的THz功能器件，如太赫兹波调制器、开关、滤波器、放大器等等。由于

5、已有高频电子器件或者光学器件应用到太赫兹频段时带来物理效应的显著变化、性能的严重恶化和加工困难，因此关于太赫兹频段可用的电子功能材料和功能器件的研究就十分重要。本论文就是在这一背景下，采用相变材料VO2薄膜跟超材料相结合的方式，仿真设计并研制调控性能良好的THz调制器件。本论文首先探索了利用射频磁控溅射法制备相变性能良好的VO2薄膜的工艺参数，采用X-射线衍射分析仪、电子扫描电镜和四探针电阻测试平台对薄膜的微观结构与电学性能进行测试分析，着重研究了氧分压、衬底温度对薄膜生长的影响。实验分析表明，薄膜性能对氧分压和衬底温度十分敏感，通过工艺参数的优化，制备出

6、了电阻突变超过3个数量级的相变性能优异的VO2薄膜，对研制高性能的THz器件十分关键。接着研究了Pt金属薄膜上氧分压以及缓冲层厚度对生长VO2薄膜晶体结构、微观形貌和MIT性能性能的影响，测试结果表明一定厚度的SiO2缓冲层能够缓解VO2薄膜与金属薄膜之间的应力，制备出性能良好的VO2薄膜，具有明显的（011）晶面择优取向，电阻变化超过3个数量级，薄膜表面平整致密，晶粒均匀分布。通过金属-氧化物-金属的器件结构对薄膜施加电压，观察到明显的阶梯电流跳跃以及电流迟滞回线，为制备新型的电控式的THz器件做好准备。最后采用CST2012仿真软件进行基于VO2薄膜的

7、THz调制器件的仿真设计优化与研制。特定尺寸的超材料结构结合VO2薄膜，进行THz调制器件的研制，并进行太赫兹时域光谱系统测试，测试结果表明依靠VO2薄膜以及超材料结构对THz的调控效果十分明显，在0.62THz调制深度超过了50%，在THz通信系统中具有重大的作用。关键词：二氧化钒薄膜，电阻突变，超材料，太赫兹IABSTRACTABSTRACTTHz(Terahertz,THz)isanelectromagneticradiationwhichusuallyreferstothefrequencyrangewithin0.1THz-10THzinthet

8、ransitionareaofmacro-electronicsa