二氧化釩薄膜的制備及其在太赫茲器件中的應(yīng)用.pdf

1、二氧化釩（VO2）薄膜在68℃附近會由單斜結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體態(tài)相變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)的金屬態(tài)，同時(shí)伴隨著電阻率、磁導(dǎo)率、光透射率和反射率的巨大突變。這種電磁性能的突變在微波和光學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。最近，VO2薄膜在太赫茲頻段的應(yīng)用受到關(guān)注。太赫茲是介于微波與紅外波段之間的一段特殊的電磁波譜，被國際上譽(yù)為下一代信息產(chǎn)業(yè)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，其獨(dú)特的優(yōu)越性已普遍被人認(rèn)識。推動THz技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，需要提供很好的THz功能器件。然而，跟微波和光波段不同，自

2、然物質(zhì)對太赫茲波缺乏有效響應(yīng)，已有電子器件和光學(xué)器件均無法實(shí)現(xiàn)太赫茲的有效傳輸和控制。太赫茲材料和器件的研制已成為太赫茲領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題之一。本論文正是在此背景下，提出將相變材料與人工電磁結(jié)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)和研制實(shí)用化的太赫茲關(guān)鍵功能器件。
　　本文首先采用射頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)制備高品質(zhì)的二氧化釩薄膜。使用四探針電阻測試儀、X-射線衍射分析儀、原子力顯微鏡對二氧化釩薄膜的各種特性做了細(xì)致的分析。討論了磁控濺射過程中氧分壓、濺射

3、溫度及濺射功率對薄膜質(zhì)量和性能的影響，獲得最佳制備工藝，制備出電導(dǎo)率變化達(dá)到3-4個(gè)數(shù)量級的高質(zhì)量VO2薄膜。
　　電磁超材料(Metamaterial)是指一類具有天然材料所不具備的超常電磁性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。本論文通過將二氧化釩薄膜與人工電磁材料相結(jié)合設(shè)計(jì)可調(diào)諧的太赫茲功能器件。通過軟件仿真設(shè)計(jì)出太赫茲吸收器和調(diào)制器結(jié)構(gòu)，之后利用磁控濺射技術(shù)及光刻技術(shù)制備出具體器件。利用太赫茲時(shí)域光譜測試了器件性能，其中太赫茲吸收器