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基于二氧化钒相变的二维可调带隙光子晶体

【摘要】:二氧化钒(VO_2)是一种具有相变特性的功能性材料,通过加热或载流子注入的方式,VO_2会发生半导体相到金属相的可逆相变,在相变过程中,VO_2的电阻率、光学常数等物理性质会发生突变。基于其相变特性,VO_2被广泛应用于光电探测、光存储、光通信等领域。 本文首先研究了VO_2薄膜的制备以及薄膜的性能测试。详细论述了利用反应直流磁控溅射制备VO_2薄膜的工艺方法;利用高分辨率X射线衍射仪(XRD)和高分辨率透射电镜(HRTEM)测试分析出VO_2薄膜的组分及晶格结构。 其次,本文依据VO_2在相变前后光学常数发生变化,利用Rsoft7.0软件设计模拟出基于VO_2相变的可调带隙光子晶体。通过软件模拟出VO_2半导体相和金属相的色散曲线;设计出四方结构和六角结构的二维VO_2-空气光子晶体,并分别模拟出在VO_2为半导体相和金属相时的两种结构的光子带隙,通过对光子带隙的分析表明通过VO_2的相变可以对光子晶体的带隙产生明显的调节作用;根据具体的工艺条件修正了两种结构的光子晶体的结构参数,模拟出相应的光子带隙,并设计出用于制作光子晶体的光学掩模版。 最后,利用光刻和干法刻蚀制备出基于VO_2相变的二维可调带隙光子晶体。总结出VO_2薄膜干法刻蚀的工艺参数,采用金相显微镜和扫描电镜(SEM)对刻蚀后光子晶体的形貌进行了检测,光子晶体的制备比较理想。对二维可调带隙光子晶体进行了初步的微区傅立叶红外光谱(FTIR)测试和太赫兹(THz)波段的变温测试,通过对具体光子晶体的透射谱线的分析并未发现明显的光子带隙,还将对其进行进一步测试。

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