英國(guó)南安普敦大學(xué)物理學(xué)院以及電子與計(jì)算機(jī)學(xué)院課題組使用原子層沉積技術(shù)合成出鎢摻雜的二氧化釩（W:VO2）。該材料具有常溫相變特性，并且該技術(shù)兼容于大尺寸（8寸）硅基襯底以及聚酰亞胺（PI)薄膜。基于所制作的常溫相變材料，加工出新一代超表面航天器‘智能’溫控涂層（OSR）。
近年來(lái)，二氧化釩（VO2）由于其獨(dú)特的絕緣/金屬的相變特性受到了廣泛關(guān)注。隨著溫度變化，二氧化釩可以實(shí)現(xiàn)絕緣態(tài)和金屬態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致其在電學(xué)和光學(xué)特性產(chǎn)生巨大改變。通過(guò)合理調(diào)控這兩種狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)跟隨溫度變化而靈活響應(yīng)的‘智能型’器件或者裝置。目前，該材料被認(rèn)為在輻射制冷、智能窗戶、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、存儲(chǔ)，以及紅外隱身上有著廣闊的應(yīng)用前景。
對(duì)于無(wú)摻雜二氧化釩，其相變溫度通常為68℃，而其較高的相變溫度限制了以常溫作為溫控閾值的各種節(jié)能相關(guān)的應(yīng)用。近來(lái)各種研究表明，二氧化釩的相變溫度可以通過(guò)鎢等原子的進(jìn)行摻雜調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)常溫下的相變應(yīng)用。然而，鎢摻雜二氧化釩（W:VO2）的生長(zhǎng)仍然是具有挑戰(zhàn)的，尤其是在大面積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎢的精準(zhǔn)摻雜。另外，通常生長(zhǎng)的二氧化釩需要在氧氣中進(jìn)行退火處理來(lái)調(diào)節(jié)含氧量以及結(jié)晶態(tài)，以獲得具有相變能力的二氧化釩。英國(guó)南安普敦大學(xué)物理與天文學(xué)院（Otto Muskens教授及孫凱博士）以及電子與計(jì)算機(jī)學(xué)院 (Kees de Groot教授)所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組針對(duì)鎢摻雜二氧化釩的制備問(wèn)題，提出了通過(guò)精細(xì)原子層沉積調(diào)控技術(shù)（ALD）生長(zhǎng)出了能精確控制相變溫度的鎢摻雜二氧化釩，并且驗(yàn)證了該技術(shù)對(duì)于柔性襯底（Polyimide）以及大尺寸襯底 （8英寸硅襯底）的工藝兼容性。該研究也展示了基于摻雜二氧化釩的超材料具有溫控可變紅外輻射能力的智能散熱涂層的航天應(yīng)用。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Advanced Optical Material上。
近來(lái)，作為CMOS兼容的大尺寸的工業(yè)級(jí)生長(zhǎng)技術(shù)， 原子層沉積技術(shù)成為了高性能的薄膜生長(zhǎng)的一種首選的技術(shù)。目前所報(bào)道的二氧化釩的原子層沉積技術(shù)都是針對(duì)于無(wú)摻雜二氧化釩。受限于所使用制備原料（TEMAV），二氧化釩的生長(zhǎng)溫度通常為150℃，而氧化鎢的生長(zhǎng)溫度通常為250℃以上，二者生長(zhǎng)溫度差異對(duì)ALD生長(zhǎng)摻鎢二氧化釩的制備產(chǎn)生了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。該研究組發(fā)現(xiàn)了基于200℃的溫度窗口實(shí)現(xiàn)鎢參雜二氧化釩的生長(zhǎng)并獲得了低于3%的均勻度（200 mm 襯底）。對(duì)于其關(guān)鍵的退火條件，該研究組測(cè)試了多種溫度和氧壓強(qiáng)的組合，實(shí)現(xiàn)了375℃下二氧化釩制備使其完全兼容于航空級(jí)的柔性襯底Kapton。通過(guò)對(duì)鎢摻雜含量的精確控制，獲得了常溫相變的二氧化釩，并通過(guò)光刻和等離子刻蝕制備了二氧化釩的超表面結(jié)構(gòu)以獲得更高對(duì)比度的高低溫紅外輻射。同時(shí)，對(duì)于所制備的不同鎢摻雜濃度的二氧化釩材料進(jìn)行了細(xì)致的材料（XPS及拉曼）以及光學(xué)（紅外影像及FTIR）表征，給出了基于不同溫度的光學(xué)參數(shù)，這些參數(shù)將給進(jìn)行基于二氧化釩的光學(xué)和智能器件的設(shè)計(jì)提供重要的研究基礎(chǔ)。該研究所提出的基于原子層沉積技術(shù)的室溫相變鎢摻雜二氧化釩成為可能，并實(shí)現(xiàn)了大面積的精準(zhǔn)厚度和摻雜控制，該技術(shù)為相關(guān)的科學(xué)研究提供理想的材料以及大大提升基于該材料的商業(yè)化生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
論文信息：
Room Temperature Phase Transition of W-Doped VO2 by Atomic Layer Deposition on 200 mm Si Wafers and Flexible Substrates
Kai Sun*, Callum Wheller, James A. Hillier, Sheng Ye, Ioannis Zeimpekis, Alessandro Urbani, Nikolaos Kalfagiannis, Otto L. Muskens*, Cornelis H. de Groot*
Advanced Optical Materials
DOI: 10.1002/adom.202201326
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202201326
（來(lái)源：AdvancedScienceNews）
