南 京 理 工 大 学
关于氧化钒特性研究
学 院 : 电子工程与光电技术学院
作者: 岳超 李贺 王贵圆 黄伟
题目: 关于氧化钒特性研究
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评 分 ：
2013 年 11 月 中文摘要
由于红外辐射是人眼不可见的，要察觉其存在，测量其强弱，就必须首先利用红外探测器将其转换为某种便于测量的信号。红外探测器是红外探测或成像系统中的核心器件，也是红外技术发展最活跃的领域。红外技术的发展水平，通常是以红外探测器的发展水平为主要标志的。氧化钒作为一种被普遍看好的探测器材料成为各国研究的热点。本文介绍了二氧化钒和五氧化二钒等氧化钒晶体的结构、二氧化钒相变原理并从相变晶体学和相变时的能带变化的角度介绍了相变特征，对影响相变的因素也进行了一定的分析。随后介绍了氧化钒材料在红外探测中的应用，其中重点介绍了红外探测器以及氧化钒热敏薄膜研究。
关键词 氧化钒；相变；红外探测 外文摘要
Title The research about properties of Vanadium oxide
Abstract
Infrared radiation is not visible to people’s eyes, so we must use the infrared detector to
convert it to a convenient measurement signal when detecting its existence or measuring its
strength. Infrared detector is the core device of infrared detection or imaging system, and it is
also the most active field of the development of infrared technology. The level of development
of infrared technology, usually represented by the level of infrared detector’s development.
Vanadium oxide has been a research focus of all countries as a very good detector’s material.
This paper mainly introduces the structure of VO2 and V2O5, phase transition principle of VO2
and its transformation characteristics from the perspectives of crystallography and band
changes when phase changed, then we analysis the factors which influence phase change.
Finally, the paper introduces the appliance of vanadium oxide in infrared detection, mainly
focusing on the Infrared detectors as well as the research of thin film of vanadium oxide.
Keywords Vanadium oxide，Principle of phase transformation，Infrared detector 关于氧化钒特性研究 第 I 页 共 I 页
目 次
1 绪论 ........................................................................................................................................................ 1
1.1摘要 .............................................................................................................................................. 1
1.2国内外研究现状 .......................................................................................................................... 1
2氧化钒晶体结构与特性 ......................................................................................................................... 2
2.1 V2O5晶体结构与特性 ................................................................................................................ 2
2.2 VO2晶体结构与特性.................................................................................................................. 3
2.3 V2O3晶体结构与特性 ................................................................................................................ 4
2.4 钒的各种氧化物的结构与特性比较 ......................................................................................... 4
3 相变原理 ................................................................................................................................................ 5
3.1相变原理背景介绍 ...................................................................................................................... 5
3.2 VO2的相变特性及理论 ............................................................................................................... 5
4氧化钒材料在红外探测中的应用 ......................................................................................................... 7
4.1红外探测器综述 .......................................................................................................................... 7
4.1.1光子红外探测器 ............................................................................................................... 8
4.1.2热敏红外探测器 ............................................................................................................... 9
4.2氧化钒热敏薄膜研究 .................................................................................................................11
4.2.1测辐射热计热敏材料 ......................................................................................................11
4.2.2氧化钒热敏薄膜研究 ..................................................................................................... 12
总结 .......................................................................................................................................................... 15
关于氧化钒特性研究 第 1 页 共 16 页
1 绪论
1.1摘要
V-O系是一个有多种化学计量配比化合物的系统,由于V的价态结构非常复杂，可以和氧结合形成以 状态存在的多种氧化物以及它们的混合相。氧化钒种类很多，主要有V2O5,VO2,V2O3,VO等, 且常常共存，不同组分的氧化钒薄膜其电学性质有明显的不同。例如：单晶和多晶态的五氧化二钒具有较高的TCR（电阻温度系数）, 但其电阻率大,与微测辐射热计的外围电路不易匹配；而V2O3和VO 薄膜在室温下导体, 电阻率和TCR 都非常小. 相比之下，VO2薄膜在室温附近具有TCR 高, 电阻率小等特性,是制备测辐射热计的最佳热敏材料。
1.2国内外研究现状
20世纪90年代起，兰州物理研究所报道过VO2材料的制备方法研究，并利用它们作为热致变色薄膜材料。电子科技大学和重庆光电研究所合作报道了它们制备VO2膜的研究，主要用途为制作室温工作的红外传感器。华中科技大学光电国家实验室九五期间在国家科技部和863计划支持下国内研制了一系列钒的氧化物膜系，其中利用VO2
薄膜材料研制了室温工作的红外传感器，达到下列技术指标：阵列规模：128 元线列；单元尺寸：50 ×50英寸；工作温度：室温；电阻温度系数(TCR):2%；噪声等效温差(NETD)：200 /mk。
并且，利用VO2为基的材料在MOS开关晶体管的研究方面，已完成原理性试验；在光开关的研究方面，已完成原理样片研究,并且基于光开关原理,研究了该材料在强激光防护方面的应用,在近红外光(1.06um)和远红外(10.6um)波段进行了抗强激光实验，测试结果表明：消光比为15左右，能量阈值为150 J/cm2，开关时间不高于1 us。
美国Honeywell公司利用VO2为敏感红外线的薄膜材料，研制了320×240元室温工作的非制冷红外焦平面传感器，在20世纪90年代中期已经面市，被美国称为第三代红外传感器，开辟了红外技术在民用市场上的应用，目前每年以60%的市场增长率迅猛发展。加拿大国家光学研究院利用VO2和V2O5的半导体—金属态可逆转变，研制室温和高温应用的相变型光开关，美国纽约州先进传感技术和美国洛克威尔国际科学中心利用V02和V2O3的金属—绝缘体在强激光作用下可逆转变，研制高速抗强激光防护材料，在10.6um激光作用下，消光比达到20dB。