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氧化钒基纳米材料及器件研究


Study on Vanadium Oxide Nanostructure
and Nanodevice








一级学科： 电子科学与技术
学科专业： 微电子学与固体电子学
研 究 生： 逯家宁
指导教师： 胡明 教授
刘前 研究员



天津大学电子信息工程学院学院
二零一二年六月
独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的
研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表
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书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中
作了明确的说明并表示了谢意。


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签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日
摘 要

氧化钒是重要的半导体材料，有着良好的光学、电学性能, 有着巨大的潜在
价值，可以应用在温度传感器、光电调节器、可充电锂离子电池、智能窗、非制
冷红外探测器、气体传感器、掩模、快速光电开关、光存储器等方面。由于对于
氧化钒体材料的研究已近较为成熟，对其纳米材料特性逐渐成为目前研究的热
点。
本文分别采用新的方法制备了氧化钒基的一维和二维纳米材料，并进行了详
细的分析和理论解释，开发它们的自身特性制作了几种简单的纳米器件传感器。
利用改进的化学气相沉积方法(MCVD)在硅基底上合成了超长单晶五氧化
二钒纳米带，宽度为 20-500 nm，长度为厘米量级，长径比大于 5 个数量级。并
对其生长条件、形貌、结晶性和生长机理等进行了研究。五氧化二钒纳米带的最
优生长方向为[010]晶向。
利用五氧化二钒纳米带制作了超快的光电开关。在一维金属氧化物纳米结构
中，其具有对可见光超快的响应速度（最快响应时间约为 100 μs）和非常良好的
可重复性与稳定性（包括长时间照射和温度稳定性）。证明了五氧化二钒纳米带
光电开关具有超快响应速度是因为其导电机制为小极化子导电。对五氧化二钒
纳米带光电开关器件进行的功能演示，表明了其器件的实用性。
还探讨了其制作应力传感器和气敏传感器的可能性。五氧化二钒纳米带压阻
效应明显，对外力较为敏感，重复性、稳定性较好，非常适合制作纳米应变传感
器。证明其压阻的机理并不是因为相变导致。五氧化二钒纳米带对氨气和二氧化
氮均有气敏特性，但是单根纳米带灵敏度较低。有待制作成阵列集成进行研究和
采用其他气体试验研究。
利用磁控溅射制备金属钒膜，并用激光直写进行氧化。得到了激光在金属钒
膜上的氧化阈值是 7mW cm-2。用 XPS 分析了氧化钒薄膜的化学组分，初步建立
了激光功率密度与氧化钒薄膜主要价态之间