Name: atomic layer deposition of vanadium dioxide and a temperature-dependent optical model
Uploaded: 2018-05-23T13:00:00
Duration: 11 min 10 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על-ידי תוכניות הליבה על המעבדה מחקר הימית של ארצות הברית.

<ol>
	<li>Park, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+a+solid-state+triple+point+at+the+metal-insulator+transition+in+VO2.">Measurement of a solid-state triple point at the metal-insulator transition in VO2.</a> Nature. 500 (7463), 431-434 (2013).</li><li>Yang, Z., Ko, C., Ramanathan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxide+Electronics+Utilizing+Ultrafast+Metal-Insulator+Transitions.">Oxide Electronics Utilizing Ultrafast Metal-Insulator Transitions.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 41 (1), 337-367 (2011).</li><li>Tan, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unraveling+Metal-insulator+Transition+Mechanism+of+VO2+Triggered+by+Tungsten+Doping.">Unraveling Metal-insulator Transition Mechanism of VO2 Triggered by Tungsten Doping.</a> Sci. Rep. 2, 466 (2012).</li><li>Verleur, H. W., Barker, A. S., Berglund, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Properties+of+VO2+between+0.25+and+5+eV.">Optical Properties of VO2 between 0.25 and 5 eV.</a> Phys. Rev. 172 (3), 788-798 (1968).</li><li>Kiria, P., Hyett, G., Binions, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid+State+Thermochromic+Materials.">Solid State Thermochromic Materials.</a> Adv. Mater. Lett. 1 (2), 86-105 (2010).</li><li>Konovalova, O. P., Sidorov, A. I., Shaganov, I. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+systems+of+controllable+mirrors+based+on+vanadium+dioxide+for+the+spectral+range+06-106+micrometer.">Interference systems of controllable mirrors based on vanadium dioxide for the spectral range 06-106 micrometer.</a> J. Opt. Technol. 66 (5), 391 (1999).</li><li>Premkumar, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+Study+and+Characterization+of+VO2+Thin+Films+Synthesized+by+ALD+Using+TEMAV+and+O3+Precursors.">Process Study and Characterization of VO2 Thin Films Synthesized by ALD Using TEMAV and O3 Precursors.</a> ECS J. Solid State Sci. Technol. 1 (4), P169-P174 (2012).</li><li>Rampelberg, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystallization+and+semiconductor-metal+switching+behavior+of+thin+VO2+layers+grown+by+atomic+layer+deposition.">Crystallization and semiconductor-metal switching behavior of thin VO2 layers grown by atomic layer deposition.</a> Thin Solid Films. 550, 59-64 (2014).</li><li>Peter, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-Insulator+Transition+in+ALD+VO2++Ultrathin+Films+and+Nanoparticles:+Morphological+Control.">Metal-Insulator Transition in ALD VO2 Ultrathin Films and Nanoparticles: Morphological Control.</a> Adv. Funct. Mater. 25 (5), 679-686 (2015).</li><li>Rampelberg, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thin film synthesis of VO2 and VN by gas-solid reactions and atomic layer deposition. , (2016).</li><li>Kats, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vanadium+Dioxide+as+a+Natural+Disordered+Metamaterial:+Perfect+Thermal+Emission+and+Large+Broadband+Negative+Differential+Thermal+Emittance.">Vanadium Dioxide as a Natural Disordered Metamaterial: Perfect Thermal Emission and Large Broadband Negative Differential Thermal Emittance.</a> Phys. Rev. X. 3 (4), 041004 (2013).</li><li>Atkin, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+and+temperature+dependence+of+the+insulating+phases+of+VO2+near+the+metal-insulator+transition.">Strain and temperature dependence of the insulating phases of VO2 near the metal-insulator transition.</a> Phys. Rev. B. 85 (2), 020101 (2012).</li><li>Petrov, G. I., Yakovlev, V. V., Squier, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+microscopy+analysis+of+phase+transformation+mechanisms+in+vanadium+dioxide.">Raman microscopy analysis of phase transformation mechanisms in vanadium dioxide.</a> Appl. Phys. Lett. 81 (6), 1023-1025 (2002).</li><li>Moulder, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy: A Reference Book of Standard Spectra for Identification and Interpretation of XPS Data. , (1992).</li><li>Nelder, J. A., Mead, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Simplex+Method+for+Function+Minimization.">A Simplex Method for Function Minimization.</a> Comput. J. 7 (4), 308-313 (1965).</li><li>Born, M., Wolf, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light. , (1999).</li><li>Choi, H. S., Ahn, J. S., Jung, J. H., Noh, T. W., Kim, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-infrared+properties+of+a+VO2+film+near+the+metal-insulator+transition.">Mid-infrared properties of a VO2 film near the metal-insulator transition.</a> Phys. Rev. B. 54 (7), 4621-4628 (1996).</li><li>Jepsen, P. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-insulator+phase+transition+in+a+VO2+thin+film+observed+with+terahertz+spectroscopy.">Metal-insulator phase transition in a VO2 thin film observed with terahertz spectroscopy.</a> Phys. Rev. B. 74 (20), 205103 (2006).</li><li>Rozen, J., Lopez, R., Haglund, R. F., Feldman, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+current+percolation+in+nanocrystalline+vanadiumdioxide+films.">Two-dimensional current percolation in nanocrystalline vanadiumdioxide films.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (8), 081902 (2006).</li><li>Tazawa, M., Jin, P., Tanemura, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+constants+of+V1-xWxO2+films.">Optical constants of V1-xWxO2 films.</a> Appl. Opt. 37 (10), 1858-1861 (1998).</li><li>. Micro- and Nano-scale Optoelectronic Devices Using Vanadium Dioxide Available from: <a target="_blank" href="https://tspace.library.utoronto.ca/handle/1807/68313">https://tspace.library.utoronto.ca/handle/1807/68313</a> (2014)</li><li>Briggs, R. M., Pryce, I. M., Atwater, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compact+silicon+photonic+waveguide+modulator+based+on+the+vanadium+dioxide+metal-insulator+phase+transition.">Compact silicon photonic waveguide modulator based on the vanadium dioxide metal-insulator phase transition.</a> Opt. Express. 18 (11), 11192-11201 (2010).</li><li>Dicken, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+tunable+near-infrared+metamaterials+based+on+VO2+phase+transition.">Frequency tunable near-infrared metamaterials based on VO2 phase transition.</a> Opt. Express. 17 (20), 18330 (2009).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

שיטות גידול שמתואר כאן לספק תוצאות לשחזור לגבי אחידות, כימיה, מבנה, מורפולוגיה. ונדיום למבשר היא קריטית כדי לייצר את סטויכיומטריה הנכון של סרטים אלד-הפקיד. קודמן מסוים זה מקדם את המדינה הערכי +4 ונדיום, שלא כמו רבים אחרים המפורטים בספרות המקדמים המדינה +5 הערכי נפוץ יותר. בנוסף, קודמן המסוים הזה יש לחץ אדים נמוך למדי והוא דורש חימום לספק מנה מספקת עיתוני תחת התנאים שניתנו. מאז קודמן הזה מתחיל להתפורר בסביבות 175 ° C, זה מגדיר גבול עליון הטמפרטורה בשני חימום של קודמן וצמיחה אלד. היבט קריטי נוסף להשגת סטויכיומטריה הנכון הוא ריכוז האוזון (~ 125 מ ג/ליטר כאן) במהלך מינון. לעיתים קרובות ריכוז האוזון המיוצר על ידי גנרטור בתנאים מסוימים מבזה או עוקצים לאורך זמן. אם זה קורה, הדופק האוזון, נקה משכי יצטרך להיות מותאם כדי לשמור על סטויכיומטריה, מורפולוגיה, וופל אחידות. מה מתואר כאן הוא איך לגדול אלד VO2 על מצעים ספיר מטוס ה-c, הכוללת את האוזון מקומיים לטיפולי קדם. השלבים לפני צמיחה התגרענות וניקוי תלויים המצע; עם זאת, התהליך שמתואר כאן עובד עבור רוב מצעים (ללא ניע, תחמוצות, מתכות, וכו '.) כדי לקבוע את הטוב סיום ניקוי והכנה VO2 צמיחה, שצריך לשקול תגובתיות בין המינים סיום למבשר ונדיום תוך מזעור כל תחמוצת מקורית על המצע. בסופו של דבר, תהליך זה הוכח על יחס גובה-רוחב גבוה מצעים (עד ~ 100) אך במקרים קיצוניים, ניתן לשקול של חשיפה או פעולת השירות הסטטית אלד כדי לשפר עוד יותר conformality.
היכולת להשיג באיכות גבוהה, גבישי אלד VO2 סרטים תלויה די הפרמטרים מחזק שלאחר התצהיר. ההיבט הקריטי ביותר הוא הלחץ, במיוחד לחץ חלקי של חמצן. חמצן גבוהה המבוצעות להוביל faceting של דגן צמיחה, בסופו של דבר גורם היווצרות ננו-חוט, כמו גם תוצאות בשלב5 2O V. אם הלחץ חמצן נמוכה מדי, חמצן annealed מהסרטים וכתוצאה מכך V2O3 שלב. לפיכך, כדי לשמור על השלב הנכון ולצמצם את הסרט חספוס, הלחץ חמצן לשמור על טווח של עונה 1 פרק 10-4 עד 7 x 10-4 הפלסטינית. באופן דומה, הטמפרטורה הינה קריטית הן היכולת מתגבשים הסרט לשמור על סטויכיומטריה, למזער וחספוס של הסרט. כאשר הטמפרטורה של הסרט2 VO שקשה למדוד, ממצאים אמפיריים מראים כי התגבשות דורש שלב בטמפרטורה גבוהה מ- 500 מעלות צלזיוס. בטמפרטורות גבוהות יותר, קשה יותר לשמר את סטויכיומטריה הנכונה ואת שלב ולהפקת סרטים חינם חריר. יש גם עסקאות חליפין בין טמפרטורה anneal הזמן, במיוחד גבוה טמפרטורות עשוי לצמצם את הזמן anneal. בנוסף, משך anneal קשורה ישירות העובי של הסרט. סרטים עבה יותר דורשים יותר פעמים כדי להשיג מקסימום התגבשות. לפיכך, הלחץ חמצן, anneal טמפרטורה, anneal הזמן המתואר השיטות לעיל אופטימציה כדי לייצר באיכות גבוהה VO2 סרטים כי התערוכה השינוי הגדול ביותר במאפייני אופטי בטמפרטורה מעבר כמעט אידיאלית. בסופו של דבר, ramping וקירור המחירים במהלך החמצן anneal יש השפעה על החספוס של מורפולוגיה; איטי יותר אלה, חלק יותר סרטים.
התצהיר אלד ובעקבות anneal של VO2 מייצרת polycrystalline אוריינטציה סרטים עם שטח גדול אחידות. אלד מציעה סרטים conformally בוגר ב הננומטרי תלת מימדי מורפולוגיות של כמעט כל מצע. זה מאפשר שילוב2 VO לתוך יישומים חדשניים, מתאים במיוחד עבור התקנים אופטיים.
בעקבות הצמיחה אופטי מדידות, נוצר מודל אשר מספק התאמה טובה על הנתונים עבור שניהם להדמיה וכל השתקפות של VO2 שלה מתכתי, בידוד שלבים באזור ספקטרלי אינפרא-אדום ליד (R2 = 0.96-0.99). השקיפות של שלב בידוד האינפרא-אדום הוא התהליך המאתגר ביותר ביצירת מודל זה. מתנד נוסף לתנאים נוספו, אבל זה גדל דגם המורכבות, רק שולית לשפר את ההתאמה באזור זה. יצוין כי במודל זה, הסופרפוזיציה של מתנדים לורנץ היא נפוצה אופטי דגם, אינן תואמות בהכרח מעברים אלקטרוניים מסוימים. בתחילה, הדגמים כלל מונח דרודה, עם זאת, לאחר אופטימיזציה, דרודה את המונח ביסודו חוסל. מסיבה זו, נבחנו מספר טכניקות וצמצום. עם זאת, אלה טכניקות שונות נפגשות על פתרונות דומים המערבות לא מונח דרודה. בהעדר מונח דרודה אלד VO2 יכול להיות בגלל מספר גורמים, כגון 1) מסטול מוליכים למחצה-כמו resistivity, או shift תדר 2) פלזמה להורדת האנרגיות ו/או קצב התנגשות גדולה (כינוי החשמלי), מסכים עם מתכתי תכונות של הסרטים האלה.
בשלב בידוד, T < 60 ° C, המקדם הדיאלקטרי ו שבירה של VO אלד2 מסכים עם ייצור השיטות האחרות (בהיסוס4,20,21 ולייזר פעמו התצהיר22 23). במצב מתכתי, T > 70 ° C, הסרטים האלה אלד נספח אובדן נמוכה יותר מאשר VO2 מפוברק על ידי שיטות אחרות. חשוב לציין כי בעוד שיטות ייצור שונות לייצר ערכים שונה במקצת עבור המקדם הדיאלקטרי ו שבירה של VO2, כל הסרטים מציגים מגמות דומות.
דגם נייר זה של התלות טמפרטורה, אורך הגל של המקדם הדיאלקטרי אופטי ו שבירה מסכים עם הנתונים נמדדו השפעול. היכולת של המודל לייצר באיכות טובה להתאים לנתונים אופטי נמדד מדגים שהוא אמין יכול לחזות את התכונות האופטיות של VO2 כפי השלב משתנה מבודד מתכת. באמצעות מודלים אלה, התכונות האופטיות של VO2 ניתן יהיה כצפוי מכוון על ידי טמפרטורה, עובי, אורך גל לתכנן מערכות אופטיות להשיג מטרות סטטיים ודינמיים. מודלים אלה מאפשרים את העיצוב והפיתוח של מערכות אופטיות באמצעות VO2 במערכות פסיבי ואקטיבי על-ידי שינוי עובי של הסרט וכן טמפרטורה.

ונדיום דו-חמצני עובר מעבר הגבישי ליד 68 מעלות צלזיוס. זה מייצר קריסטל מבניים שינוי מן המונוקלינית הטטרגונלית. המקור של מעבר זה נותר שנוי במחלוקת1, אולם מחקרים עוזר לפתח הבנה של התהליכים המייצרים זה3,2,מעבר4 . ללא קשר למקור, שלב המעבר משתנה את התכונות האופטיות של VO2 מ בידוד חשמלי (שידור אור) בטמפרטורת החדר חומר מתכתי יותר (המשקף, קליטת אור) מעל טמפרטורת מעבר2 .
מגוון שיטות השתמשו כדי לפברק VO2 בעבר (התזה, בתצהיר אדים הפיזי, בתצהיר אדים כימיים, קרן מולקולרית epitaxy, פתרון, וכו '.) 5. מאפייני VO2 תלויים במידה רבה הטכנולוגיה נהגה לפברק את הסרטים anneal6, אשר הפיק משמעותי השתנות בין טכניקות גידול שונים ובעקבות והוביל בדרגות שונות crystallinity וקולנוע מאפיינים. עבודה זו חוקר את התכונות האופטיות של אטומי השכבה (אלד) גדל סרטים, עם זאת, הגישה היא החלים מידול כל סוגי VO2 סרטים.
לאחרונה, קבוצות בונים התקנים אופטיים על-ידי שילוב סרטים רזה של VO2 על גבי מצעים אופטי. כשיטת התצהיר בצמיחה חדשה, אלד יכול לסייע בדיית התקנים אופטיים האלה ויש לו מספר יתרונות על טכניקות חלופיות, כגון שטח גדול אחידות, אנגסטרום עובי רמת שליטה הסרט קונפורמיים כיסוי7 ,8,9. אלד היא הטכניקה המועדפת עבור יישומים המחייבים גישה שכבה-על התצהיר מעצמם, פבריקציה נוספת על מגוון רחב של חומרי המצע (למשל., לשילוב הטרוגנית), או ציפויים קונפורמיים של תלת-ממד מבני10 . בסופו של דבר, ציפוי קונפורמי של מבנים תלת-ממד של תהליך אלד שימושי במיוחד ביישומים אופטי.
הניסויים בנייר זה, זגוגית, אמורפי אלד סרטים גדלו על זוגיות-צד-מלוטש, מצעים ספיר מטוס ה-c-טמפרטורות נמוכות, annealed בסביבת חמצן כדי לייצר סרטים גבישי באיכות גבוהה. בעזרת המדידות ניסיוני, מודל נוצר לשינויי טמפרטורה, גל התלויים אופטי VO2 כדי לאפשר את השימוש בשם גשמי tunable מקדם שבירה11.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="731">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">c-Al2O3</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">UHP Oxygen</td>
			<td style="width:111px;">Air Products</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">UHP Nitrogen</td>
			<td style="width:111px;">Air Products</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tetrakis(ethylmethylamido)vanadium(IV) (TEMAV)&#160;</td>
			<td style="width:111px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:343px;">Acetone</td>
			<td style="width:111px;">Fischer Scientific&#160;</td>
			<td style="width:111px;">A18-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:343px;">2-propanol</td>
			<td style="width:111px;">Fischer Scientific&#160;</td>
			<td style="width:111px;">A416P-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Savannah S200-G2&#160;</td>
			<td>Veeco - CNT</td>
			<td style="width:111px;">Savannah S200-G2&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:343px;">ozone generator&#160;</td>
			<td style="width:111px;">Veeco - CNT</td>
			<td style="width:111px;">&#160;ozone generator&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:343px;">Platinum wire heater</td>
			<td style="width:111px;">HeatWave Labs</td>
			<td style="width:111px;">custom</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomic layer deposition of vanadium dioxide and a temperature-dependent optical model

ונדיום דו-חמצני הוא חומר בעל שלב מתכת-מבודד הפיך לשנות ליד 68 מעלות צלזיוס. לגדול VO2 על מגוון רחב של מצעים, עם וופל-מידה אחידות ושליטה אנגסטרום ברמה של עובי, נבחרה השיטה של אטומי-שכבה התצהיר. תהליך אלד זה מאפשר באיכות גבוהה, בטמפרטורה נמוכה (≤150 ° C) צמיחה של זגוגית סרטים (100-1000 Å) של VO2. לצורך ההדגמה, הסרטים2 VO גדלו על מצעים ספיר. טכניקה זו הצמיחה טמפרטורה נמוכה מייצרת בעיקר סרטים2 VO אמורפי. Anneal לאחר מכן ב תא ואקום גבוה עם לחץ של 7 x 10-4 הרשות הפלסטינית של חמצן טוהר גבוהה במיוחד (99.999%) המיוצר מונחה, polycrystalline VO2 סרטים. Crystallinity, שלב ו זן של VO2 נקבעו על ידי ספקטרוסקופיית ראמאן ואת עקיפה רנטגן, בעוד סטויכיומטריה ורמות הטומאה נקבעו על ידי הספקטרומטריה photoelectron, סוף סוף המורפולוגיה נקבע על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי. נתונים אלה מדגימים באיכות גבוהה של סרטי מבוגרים באמצעות הטכניקה הזו. מודל נוצר כדי להתאים לנתונים VO2 שלבים שלה מתכתי, בידוד באזור ספקטרלי אינפרא-אדום ליד. מקדם דיאלקטרי של שבירה של VO אלד2 הסכים עם השיטות האחרות פבריקציה נוספת בשלב בידוד, אבל הראה שינוי במצבו מתכתי. לבסוף, הניתוח של התכונות האופטיות של הסרט איפשרה הקמת מודל הגל ותלוי בטמפרטורה של מדד השבירה האופטי מורכבות לפיתוח VO2 כחומר tunable מקדם שבירה.

כדי לזהות איכות אלד גדל ונדיום אוקסיד, photoelectron הספקטרומטריה (XPS) בוצעה-הפקיד, בעיקר אמורפי VO2 הסרטים (איור 1) וכן annealed גבישי VO2 סרטים (לא מוצג). רנטגן עקיפה (XRD) בוצעה על הסרטים2 VO annealed (איור 2). בנוסף, כדי לסייע לכמת את הפרופיל האנכי של הכימיה בתוך הסרט, עומק פרופיל בוצעה עם מקור יון אשכול כדי למזער את איכול מועדף של מינים הקטיון/אניון. שני סימנים. נציג מוצגים באיור 1, אחד על פני השטח, ואחד בכמויות. עומק פרופיל ומדידות XPS הבאים מראים כי 1-nm העליון של הסרט הפקיד הוא לא VO2 עקב עודף חמצן (adventitious) סביבתיים, פחמן, אך לאחר יותר מבוקר הליך מחזק חמצן בלחץ נמוך אפילו משטח מייצבת VO2. קרני רנטגן מדידות בוצעו עם מקור האנרגיה רנטגן Cu K-אלפא, הצג, איור 2, לשיא2 VO יחיד ב- 39.9˚. החתימה של שיא זו מאמתת את האיכות של תוצרת אלד VO2 , כמו גם כיוון קריסטל (020) יישור עם המצע ספיר שיא.
כדי לנתח את crystallinity, שלב ו זן, ספקטרוסקופיית ראמאן בוצעה באמצעות 532 ננומטר לייזר עבור עירור. איור 3 מראה ספקטרום ראמאן של הסרט2 VO ומראה פסגות צר אשר מצביעים על גבישי באיכות גבוהה. בנוסף, אנרגיה מוגברת של phonons בתדר נמוך של ונדיום ונדיום (193, 222 ס מ-1) ואת מצב-1 ס"מ 612, כמו גם ירידה באנרגיה של מצב-1 ס"מ 389, מציע מאמץ מתיחה סרטים אלה12, 13.
המורפולוגיה נצפתה על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM). איור 4 מראה קריסטל תבואה גדלים גודל 20-40 ננומטר, חספוס שורש ממוצע הריבועים (RMS) של 1.4 ננומטר לסרטים כמו הפקיד (איור 4A) ולא על החספוס של RMS של 2.6 nm לסרטים annealed (איור 4B).
להדמיה אופטית ונתוני השתקפות התקבלו באמצעות מקור אור לבן עם monochromator סריקה של photodetector, אשר סיפקה כיסוי הנראה, ליד אזור אינפרא-אדום. איור 5 מציג את התלות בטמפרטורה של הסרט זה המעברים מ בידוד חשמלי למתכת, הוכחת מעבר לטמפרטורה של 61 ° C. ניתוח המידע מהניסוי מאפשר את הדגמים של המקדם הדיאלקטרי תלוי טמפרטורה, אורך הגל של VO2 כמו זה המעברים של בידוד חשמלי למטאל. איור 5 מראה איך הדגם במדויק מנבאת את התנהגות אופטי כאשר משתמשים הפרמטרים טבלה 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57103/57103fig1.jpg"> איור 1: מדידות XPS נציג של 35-nm עבה VO2 c-אל2O3. XPS מראה כי חלק הארי של הסרט הוא VO2 פני השטח, אשר מכיל C ו- O מזהם, היא זזה יותר לכיוון2O V5. סטויכיומטריה מציע VO2. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57103/57103fig2v3.jpg"> איור 2: XRD מדידות של 35-nm עבה VO2 c-אל2O3. מדידה XRD זו מראה לשיא2 יחיד VO 39.9˚ באופן עצמאי מאמתת איכות קריסטל ומדגים הכיוון (020) המונוקלינית מיושר עם פסגת ספיר הבסיסית. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig2v3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57103/57103fig3.jpg"> איור 3: ספקטרום ראמאן של VO2 ב- c-אל2O3. ספקטרום ראמאן הזה יש פסגות צר, המציין קריסטלי איכותי, ומראה זן מתיחה קלה. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57103/57103fig4.jpg"> איור 4: מורפולוגיה של VO2 c-אל2O3. ה AFM תמונות להראות סרטים אחיד, רציף עם תבואה גדלים גודל 20-40 ננומטר, roughnesses RMS של (A) 1.4 ננומטר עבור הסרט שגודלו כ ו- (B) 2.6 nm לסרט annealed. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57103/57103fig5.jpg"> איור 5: להדמיה אופטית-סגול, השתקפות של 35-nm עבה VO2 c-אל2O3. את התנהגות תלוית טמפרטורה להדמיה אופטית השתקפות של הסרט דו-חמצני ונדיום הם הצג ב- 40, 60, 70, 90 ° C. החוגים פתוחה בחלקה הם להדמיה נמדד, השתקפות, absorptance מחושב של VO2 על מבנה ספיר בטמפרטורות שונות, ואילו הקווים מוצק הם הערכים החזויים של טמפרטורה את מימדי - ו מודל תלויי-אורך הגל של VO2. <a href="/files/ftp_upload/57103/57103fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>חדוה∞</td>
			<td></td>
			<td>osc. 1</td>
			<td>osc. 2</td>
		</tr>
<tr>
<td>בידוד חשמלי</td>
			<td colspan="4"></td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3"></td>
			<td rowspan="3">3.4</td>
			<td>En
</td>
			<td>3.8</td>
			<td>1.2</td>
		</tr>
<tr>
<td>n
</td>
			<td>33</td>
			<td>2.1</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bn
</td>
			<td>1.4</td>
			<td>1.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>מתכת</td>
			<td colspan="4"></td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3"></td>
			<td rowspan="3">4.5</td>
			<td>En
</td>
			<td>3.2</td>
			<td>0.6</td>
		</tr>
<tr>
<td>n
</td>
			<td>13</td>
			<td>5.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>Bn
</td>
			<td>1.1</td>
			<td>1</td>
		</tr>
</tbody></table>טבלה 1: מודל נציג פרמטרים עבור VO 2 . פרמטרים אלה הם נציג של אלו המשמשים מודל מתנד להעריך המקדם הדיאלקטרי של VO2 שלבים שלה מתכתי, בידוד.

Watch this Scientific Journal Video about Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model at JoVE.com

Atomic Layer Deposition of Vanadium Dioxide and a Temperature-dependent Optical Model

סרטים רזה (100-1000 Å) של ונדיום דו-חמצני (VO2) נוצרו על ידי אטומי-שכבה התצהיר (אלד) על מצעים ספיר. בעקבות זאת, המאפיינים אופטי מאופיינים המעבר מתכת-מבודד של VO2. מן התכונות האופטיות, מדוד מודל נוצר כדי לתאר את tunable מקדם שבירה של VO2.

שכבות אטומיות בודדות בתצהיר של ונדיום דו חמצני ודגם אופטי תלוית טמפרטורה

Vanadium dioxide is a material that has a reversible metal-insulator phase change near 68 &#176;C. To grow VO2 on a wide variety of substrates, with ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Optical Trapping of Nanoparticles

לכידה אופטית של חלקיקים

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

מדידה וניתוח של מימן אטומי והמולקולרי דו האטומי ALO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, וההתפלגות מושרה הלייזר הבא TIO הספקטרום אופטית

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

מיקרוסקופית כוח האטומי של אורות אדומים קולטני אור שימוש במיפוי PeakForce כמותי nanomechanical נכס

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

מה שהופך את התאים סולריים שיא יעילות SNS על ידי אידוי תרמי ואטומית שכבת הפקדת

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

דפוס דיגיטלי של טיטניום דו-חמצני עבור לצבוע תאים סולריים רגישים

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

הפקדת electrospray של עובי אחיד Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; וכפי<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; סרטי זכוכית Chalcogenide