تعديل خصائص انتقال المعدن–العازل لأفلام VO₂ الرقيقة من خلال الجمع التآزري بين فجوات الأكسجين، هندسة الإجهاد، وتطعيم التنجستن
Title Tuning the Metal–Insulator Transition Properties of VO2 Thin Films with the Synergetic Combination of Oxygen Vacancies, Strain Engineering, and Tungsten Doping
الباحث الرئيس محمد شعبان سعيد فاضل
التخصص: الفيزياء
التخصص الدقيق: علوم المواد وفيزياء النانو
المستخلص: الملخص: يُعتبر أكسيد الفاناديوم (VO₂) عازل بييرلز-موت يتمتع بانتقال المعدن–العازل (MIT) عند درجة حرارة 68°C. يعد تعديل معايير MIT أمرًا أساسيًا لاستخدام VO₂ في تطبيقات الكهرباء الحرارية، الإلكترونيات اللونية، والتغيرات الحرارية اللونية .في هذه الدراسة، تم الجمع بين نقص الأكسجين، هندسة الإجهاد، وتطعيم التنجستن لتعديل MIT بحيث يكون له انتقال طور منخفض عند 20°C في الهواء دون تغليف .تم التحقيق في أجهزة انتقال الطور ذات الاستجابة الضيقة بناءً على أفلام VO₂ متعددة الطبقات، WO₃، Mo₀.₂W₀.₈O₃، و/أو MoO₃، التي تم ترسيبها عبر تقنية الرش عالي الفراغ .تم توصيف الأفلام المترسبة من الناحية الهيكلية، الكيميائية، الكهربائية، والبصرية .تمت ملاحظة اختلاف في السلوك التوصيلي، حيث كان أعلى قيمة لـ VO₁.₇₅/WO₂.₉₄ بينما كانت أدنى قيمة لـ VO₁.₇₅ على زجاج FTO. أظهر VO₁.₇₅/WO₂.₉₄ منحنى هستيري ضيق بانتقال طور واحد .بفضل دور فجوات الأكسجين، انخفضت درجة حرارة MIT إلى 35°C، بينما تم الوصول إلى أدنى قيمة (Tc = 20°C) مع بنية Mo₀.₂W₀.₈O₃/VO₂/MoO₃.
في هذه العينة، تم استخدام Mo₀.₂W₀.₈O₃ لأول مرة كطبقة مضادة للانعكاس ومضادة للأكسدة .أظهرت النتائج أن طبقة MoO₃ السفلية أكثر ملاءمة من WO₃ لتعزيز الخصائص الكهربائية لأفلام VO₂ الرقيقة .هذه الدراسة قابلة للتطبيق على أجهزة انتقال الطور السريعة
Abstract: Vanadium oxide (VO2) is considered a Peierls–Mott insulator with a metal–insulator transition (MIT) at Tc = 68° C. The tuning of MIT parameters is a crucial point to use VO2 within thermoelectric, electrochromic, or thermochromic applications. In this study, the effect of oxygen deficiencies, strain engineering, and metal tungsten doping are combined to tune the MIT with a low phase transition of 20 °C in the air without capsulation. Narrow hysteresis phase transition devices based on multilayer VO2, WO3, Mo0.2W0.8O3, and/or MoO3 oxide thin films deposited through a high vacuum sputtering are investigated. The deposited films are structurally, chemically, electrically, and optically characterized. Different conductivity behaviour was observed, with the highest value towards VO1.75/WO2.94 and the lowest VO1.75 on FTO glass. VO1.75/WO2.94 showed a narrow hysteresis curve with a single-phase transition. Thanks to the role of oxygen vacancies, the MIT temperature decreased to 35 °C, while the lowest value (Tc = 20 °C) was reached with Mo0.2W0.8O3/VO2/MoO3 structure. In this former sample, Mo0.2W0.8O3 was used for the first time as an anti-reflective and anti-oxidative layer. The results showed that the MoO3 bottom layer is more suitable than WO3 to enhance the electrical properties of VO2 thin films. This work is applied to fast phase transition devices.