바나듐 산화물 VO2는 약 340K에서 도체-절연체 상전이(MIT) 특성을 가진다. 1959년 Morin에 의해 VO2에서의 도체-절연체 상전이가 발견되었고, 그 이후에 많은 연구가 진행되었지만 지금까지 도체-절연체 상전이의 원인은 완벽하게 이해되고 있지 못하고 있다. VO2의 도체-절연체 상전이(MIT)는 단사정계 구조에서 정방정계 구조로 변하는 구조적 상전이 뿐만 아니라, 적외선 대역에서 광투과율의 스위칭 현상을 동반하는 매우 흥미로운 현상이다. 이번 학위논문 연구에서는 다양한 기판을 사용하여 VO2 ...
바나듐 산화물 VO2는 약 340K에서 도체-절연체 상전이(MIT) 특성을 가진다. 1959년 Morin에 의해 VO2에서의 도체-절연체 상전이가 발견되었고, 그 이후에 많은 연구가 진행되었지만 지금까지 도체-절연체 상전이의 원인은 완벽하게 이해되고 있지 못하고 있다. VO2의 도체-절연체 상전이(MIT)는 단사정계 구조에서 정방정계 구조로 변하는 구조적 상전이 뿐만 아니라, 적외선 대역에서 광투과율의 스위칭 현상을 동반하는 매우 흥미로운 현상이다. 이번 학위논문 연구에서는 다양한 기판을 사용하여 VO2 박막을 만들고 기판에 따른 VO2 박막의 상전이 특성 변화를 체계적으로 연구하였다. 최적의 VO2박막 제작조건을 찾기 위하여 먼저 Al2O3(100) 기판에 펄스레이저 증착법을 이용하여 산소 분압, 기판온도, 레이저 펄스 주파수와 레이저 에너지를 변화시켜가며 박막을 제작 하였다. 최적의 증착 조건을 결정하여 기판의 결정 방향이 다른 5종류의 TiO2 기판, 즉 (001), (100), (101), (110), (111) 위에 에피탁시 박막으로 성장시키고 이들 기판에서 VO2박막의 상전이 특성을 연구하였다. 도체-절연체 상전이에서 저항의 크기 변화와 상전이 임계온도가 기판의 결정 방향과 밀접하게 관련되어 있음을 알 수 있었다. 그리고 광투과율의 온도 의존성을 연구하기 위해 유리기판 위에 VO2박막을 증착하였다. 온도를 올리고 내릴 때 광스위칭 현상과 함께 약 850 nm 적외선 대역에서는 시계방향으로 회전하는 광투과율의 온도이력현상(thermal hysteresis)이 발견 되었고 2500 nm 대역에서는 역시계방향의 광투과율 온도이력현상이 발견되었다. 마지막으로 실온에서 유리기판 위에 제작된 VO2/Nb0.05Ti0.95O2 이층박막에 UV 빛을 조사하고 광유도 저항변화를 측정하였다. 실험결과, 참조시료의 결과와 비교해서 광유도 저항변화의 원인이 Nb0.05Ti0.95O2 또는 VO2 자체의 현상이 아니라 VO2/Nb0.05Ti0.95O2 접합구조에서 빛에 의해 생성된 광전하 주입현상에 기인한 것으로 추정되었다.
바나듐 산화물 VO2는 약 340K에서 도체-절연체 상전이(MIT) 특성을 가진다. 1959년 Morin에 의해 VO2에서의 도체-절연체 상전이가 발견되었고, 그 이후에 많은 연구가 진행되었지만 지금까지 도체-절연체 상전이의 원인은 완벽하게 이해되고 있지 못하고 있다. VO2의 도체-절연체 상전이(MIT)는 단사정계 구조에서 정방정계 구조로 변하는 구조적 상전이 뿐만 아니라, 적외선 대역에서 광투과율의 스위칭 현상을 동반하는 매우 흥미로운 현상이다. 이번 학위논문 연구에서는 다양한 기판을 사용하여 VO2 박막을 만들고 기판에 따른 VO2 박막의 상전이 특성 변화를 체계적으로 연구하였다. 최적의 VO2박막 제작조건을 찾기 위하여 먼저 Al2O3(100) 기판에 펄스레이저 증착법을 이용하여 산소 분압, 기판온도, 레이저 펄스 주파수와 레이저 에너지를 변화시켜가며 박막을 제작 하였다. 최적의 증착 조건을 결정하여 기판의 결정 방향이 다른 5종류의 TiO2 기판, 즉 (001), (100), (101), (110), (111) 위에 에피탁시 박막으로 성장시키고 이들 기판에서 VO2박막의 상전이 특성을 연구하였다. 도체-절연체 상전이에서 저항의 크기 변화와 상전이 임계온도가 기판의 결정 방향과 밀접하게 관련되어 있음을 알 수 있었다. 그리고 광투과율의 온도 의존성을 연구하기 위해 유리기판 위에 VO2박막을 증착하였다. 온도를 올리고 내릴 때 광스위칭 현상과 함께 약 850 nm 적외선 대역에서는 시계방향으로 회전하는 광투과율의 온도이력현상(thermal hysteresis)이 발견 되었고 2500 nm 대역에서는 역시계방향의 광투과율 온도이력현상이 발견되었다. 마지막으로 실온에서 유리기판 위에 제작된 VO2/Nb0.05Ti0.95O2 이층박막에 UV 빛을 조사하고 광유도 저항변화를 측정하였다. 실험결과, 참조시료의 결과와 비교해서 광유도 저항변화의 원인이 Nb0.05Ti0.95O2 또는 VO2 자체의 현상이 아니라 VO2/Nb0.05Ti0.95O2 접합구조에서 빛에 의해 생성된 광전하 주입현상에 기인한 것으로 추정되었다.
Vanadium dioxide, VO2 shows a metal-insulator transition (MIT) at a temperature of about 340 K. Even though the material has been intensively studied by many researchers since the first observation on MIT in VO2 by Morin (1959), the origin of the MIT is not completely understood. The MIT transition ...
Vanadium dioxide, VO2 shows a metal-insulator transition (MIT) at a temperature of about 340 K. Even though the material has been intensively studied by many researchers since the first observation on MIT in VO2 by Morin (1959), the origin of the MIT is not completely understood. The MIT transition has a close relation to the structural transition from monoclinic to tetragonal as well as the stoichiometry of the material itself. VO2 thin films were deposited on c-plane sapphire substrate by pulsed laser deposition with various oxygen pressures, substrate temperatures, pulsed laser ablation frequencies, and laser powers. After those parameters analyzed, hetero-epitaxial VO2 films were synthesized on 2-side-polished TiO2 single crystal substrates of different orientations, which are (111), (110), (101), (100), and (001). The substrate-induced effects on the phase transition in VO2 thin films were studied. The metal-insulator transition temperature and the magnitudes of the resistance changes were proofed to be strongly related to the deposition parameters and the substrates. And then, in order to study the optical switching of VO2 and its thermal hysteresis behavior, VO2 films were fabricated on glass substrates. Upon heating and cooling these samples exhibited significant optical switching behaviors with a clockwise thermal hysteresis in the infrared range of >850 nm or with a counterclockwise thermal hysteresis in the near visible range of 650–850 nm. Finally the photo-induced resistance in VO2 films on glass substrates with Nb doped TiO2 buffer layer was measured at 300 oC. It is found that neither VO2 films on glass substrates with pure TiO2 buffer layer nor Nb:TiO2 single layer shown photo-induced resistance like the case that VO2/Nb:TiO2 bilayers on glass.
Vanadium dioxide, VO2 shows a metal-insulator transition (MIT) at a temperature of about 340 K. Even though the material has been intensively studied by many researchers since the first observation on MIT in VO2 by Morin (1959), the origin of the MIT is not completely understood. The MIT transition has a close relation to the structural transition from monoclinic to tetragonal as well as the stoichiometry of the material itself. VO2 thin films were deposited on c-plane sapphire substrate by pulsed laser deposition with various oxygen pressures, substrate temperatures, pulsed laser ablation frequencies, and laser powers. After those parameters analyzed, hetero-epitaxial VO2 films were synthesized on 2-side-polished TiO2 single crystal substrates of different orientations, which are (111), (110), (101), (100), and (001). The substrate-induced effects on the phase transition in VO2 thin films were studied. The metal-insulator transition temperature and the magnitudes of the resistance changes were proofed to be strongly related to the deposition parameters and the substrates. And then, in order to study the optical switching of VO2 and its thermal hysteresis behavior, VO2 films were fabricated on glass substrates. Upon heating and cooling these samples exhibited significant optical switching behaviors with a clockwise thermal hysteresis in the infrared range of >850 nm or with a counterclockwise thermal hysteresis in the near visible range of 650–850 nm. Finally the photo-induced resistance in VO2 films on glass substrates with Nb doped TiO2 buffer layer was measured at 300 oC. It is found that neither VO2 films on glass substrates with pure TiO2 buffer layer nor Nb:TiO2 single layer shown photo-induced resistance like the case that VO2/Nb:TiO2 bilayers on glass.
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