单晶外延VO2薄膜可控制备、MIT相变机理与尺寸效应的原子尺度探究
批准号:
51572073
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
何云斌
依托单位:
学科分类:
无机非金属材料
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李派、卢寅梅、朱家昆、罗明海、李磊、林银银、梁国进、唐志武、徐马记
中文摘要
深入理解VO2金属-绝缘体相变(MIT)的微观机理是实现对VO2薄膜MIT相变特性进行有效调控的基础。虽已研究多年,VO2 MIT相变机理至今没有定论。不同于通常在大气环境中对VO2进行的非原位实验研究,本项目提出利用集薄膜生长(MBE)和原位表面分析表征手段于一体的超高真空系统开展VO2薄膜生长及MIT特性的研究。通过精细调节MBE生长参数、调控VO2生长模式,获得具有原子级光滑表面、厚度从亚原子层(纳米小岛)到数十个原子层精确可控的单晶VO2(超)薄膜,采用原子分辨的扫描隧道技术(STM/STS)原位观测表征VO2薄膜MIT相变过程,在原子尺度分析揭示VO2相变机理,探索VO2薄膜MIT量子尺寸效应。通过本项目研究,预期最终解决VO2 MIT微观机理问题,并定量建立薄膜厚度、晶粒尺寸、应力与VO2 MIT相变温度的变化关系,为有目的地调控VO2 MIT相变特性开发其实际应用提供指导。
英文摘要
A deep understanding of VO2 metal-insulator transition (MIT) mechanism is the basis for an effective regulation of the MIT characteristics of VO2 films. Despite many years of study, the VO2 MIT mechanism has not been resolved. Differing from the usual experiments conducted ex-situ in the atmosphere for VO2 study, in this project we carry out the growth of VO2 thin films and the study of their MIT characteristics in an ultrahigh vacuum system that combines molecular beam epitaxy (MBE) for thin film growth and in-situ surface characterization methods. Through fine-tuning of the MBE growth parameters and control of the growth mode, VO2 (Super-) thin films that have an atomically smooth surface with defined thickness from sub-monolayer (nano-islands) to dozens of monolayer are obtained. Then the MIT evolution of the VO2 samples is followed in-situ with atomically resolved STM and STS to reveal the MIT mechanism on an atomic level, and to explore the quantum size effect of the MIT. Through this project, it is expected that the VO2 MIT mechanism can be finally resolved, and a quantitative relationship between the film thickness, grain size and stress and the VO2 MIT phase transition temperature can be established, which will provide guidance for purposeful regulation of VO2 MIT characteristics towards achieving practical applications.
VO2 因其独特的相变特性被广泛应用于智能窗、记忆存储器、光电开关和红外探测器等方面。深入理解VO2金属-绝缘体相变(MIT)的微观机理是实现对VO2薄膜MIT相变特性进行有效调控的基础。虽已研究多年,VO2 MIT相变机理至今没有定论。本项目通过脉冲激光沉积和电子束沉积技术来制备 VO2 薄膜,系统研究了实验参数(衬底温度、沉积氧压、生长时间等)对 VO2 薄膜结构、形貌、相变特性等的影响;确定了 VO2 薄膜结构、形貌、相变特性与衬底温度、沉积氧压、生长时间等实验参数之间的依赖规律。这些工作为高质量 VO2 薄膜的外延可控生长奠定了基础。为了研究VO2薄膜的相变机理,本项目采用原子分辨的扫描隧道技术(STM/STS)原位观测表征VO2薄膜MIT相变过程,在原子尺度分析揭示了VO2相变机理,探索VO2薄膜MIT量子尺寸效应,并定量建立薄膜厚度、晶粒尺寸、应力与VO2 MIT相变温度的变化关系,为有目的地调控VO2 MIT相变特性开发其实际应用提供指导。通过STM/STS进一步探究了Ti-VO2薄膜的MIT相变过程,更加深入地理解了VO2相变机理。此外,通过单离子(Ru4+、Zr4+、Hf4+)掺杂和双离子(Hf4+,W4+)掺杂,系统研究了掺杂离子引入对VO2薄膜结构、形貌、光学特性、MIT相变特性的影响,定量确定了掺杂元素含量与VO2薄膜晶格常数、生长方式、太阳光调制能力、相变温度之间的依赖关系,为VO2在智能窗涂层、红外探测器领域的应用打下基础。同时实现了基于VO2柔性类电致变色器件的制备,并对其结构、形貌、器件性能进行了研究,为VO2在柔性电致变色领域应用奠定了重要基础。为了更加深入地研究功能氧化物半导体,探索氧化物半导体的共同特点,我们还制备了氧化物宽禁带半导体ZnO,SnO2以及Ga2O3,并研究了它们的晶体结构和光学性能。成功实现了基于这些氧化物半导体薄膜的紫外光电探测器的制备,并对探测器的结构、光学、光电响应特性进行了研究。这些结果极大促进了ZnO,SnO2以及Ga2O3在紫外光电探测器方面的实际应用。
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High energy density and efficiency in (Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O-3 antiferroelectric ceramics with high La3 content and optimized Sn4 content
具有高 La3 含量和优化 Sn4 含量的 (Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O-3 反铁电陶瓷具有高能量密度和效率
DOI:
10.1016/j.ceramint.2019.08.164
发表时间:
2019
期刊:
Ceramics International
影响因子:
5.2
作者:
[Yua Yuxi, Zhang Yangyang, Zou Kailun, Chen Guang, Zhang Ying, Li Hao, Lu Yinmei, Zhang Qingfeng, He Yunbin]
通讯作者:
He Yunbin
Graphene-templated synthesis of palladium nanoplates as novel electrocatalyst for direct methanol fuel cell
石墨烯模板合成钯纳米板作为直接甲醇燃料电池的新型电催化剂
DOI:
10.1016/j.apsusc.2018.10.050
发表时间:
2019
期刊:
Applied Surface Science
影响因子:
6.7
作者:
[Yang Hujiang, Geng Liang, Zhang Yuting, Chang Gang, Zhang Zaoli, Liu Xiong, Lei Ming, He Yunbin]
通讯作者:
He Yunbin
Citrate-driven modification of gold on titanium wire electrodes by the treatment in aqueous solutions of HAuCl4
通过 HAuCl4 水溶液处理对钛丝电极上的金进行柠檬酸盐驱动的改性
DOI:
10.1016/j.jelechem.2020.113991
发表时间:
2020
期刊:
Journal of Electroanalytical Chemistry
影响因子:
4.5
作者:
[Terazawa Daiki, Kawashimo Toshiyuki, Cai Zhiwei, Chang Gang, He Yunbin, Oyama Munetaka]
通讯作者:
Oyama Munetaka
Theoretical investigation on thermodynamic properties of ZnO1-Te-x(x) alloys
ZnO1-Te-x(x)合金热力学性能的理论研究
DOI:
10.1088/2053-1591/aa6d23
发表时间:
2017
期刊:
Materials Research Express
影响因子:
2.3
作者:
[Long Debing, Li Mingkai, Luo Minghai, Zhu Jiakun, Yang Hui, Huang Zhongbing, Ahuja Rajeev, He Yunbin]
通讯作者:
He Yunbin
Superior energy storage performance in Pb0.97La0.02(Zr-0.50 Sn0.43Ti0.07)O-3 antiferroelectric ceramics
Pb0.97La0.02(Zr0.50Sn0.43Ti0.07)O3反铁电陶瓷优异的储能性能
DOI:
10.1016/j.jmrt.2019.05.020
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Materials Research and Technology-JMR&T
影响因子:
6.4
作者:
[Xu Haojie, Dan Yu, Zou Kailun, Chen Guang, Zhang Qingfeng, Lu Yinmei, He Yunbin]
通讯作者:
He Yunbin
共 67 条
新型IIIB族元素掺杂Ga2O3合金设计、带隙与氧空位缺陷调控及其灵敏快速日盲紫外光探测器研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:52万元
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批准年份:2022
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负责人:何云斌
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依托单位:
大剩余极化强度窄带隙无机钙钛矿铁电薄膜及铁电退极化场与P-N结内建电场协同增强激子分离型太阳能电池探究
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批准号:11774082
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2017
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负责人:何云斌
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依托单位:
等价离子取代ZnO多元合金的电子能带调控及其N掺杂行为研究
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批准号:61274010
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项目类别:面上项目
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资助金额:90.0万元
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批准年份:2012
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负责人:何云斌
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依托单位:
以带隙可调的Zn(O,S)梯度薄膜为缓层的CuInS2薄膜太阳能电池研究
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批准号:50972041
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2009
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负责人:何云斌
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依托单位:
国内基金
海外基金