Vanadium oxides have been extensively studied due to their multiple forms. In particular,
VO2 presents a reversible and ultrafast metal-to-insulator transition (MIT) occurring at ~68ºC that
changes the material from monoclinic to tetragonal rutile structure. An external input (thermal,
chemical or electronic) can trigger this transition, changing it from a high resistance state to a low
resistance state, meaning that it can be used as an electronic switch.
In this project, the optimized conditions to produce VO2 thin films (~200 nm of thickness)
were studied and films were deposited by e-beam evaporation and rf magnetron sputtering (with
different O2 pressures), followed by a Rapid Thermal Annealing (RTA) treatment at different
temperatures. The structural, chemical, electronic and morphological properties of VO2 thin films
were characterized by means of X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Photoelectron Spectroscopy
(XPS) and Atomic Force Microscope (AFM).
E-beam deposited films were not very reproducible due to contaminations of the tungsten
crucible and it was difficult to evaporate the VO2 pellets. The films were amorphous after
deposition and the annealing performed shown that VO2 monoclinic phase was achieved at
500ºC. The substrate used was Glass/ITO. As RTA temperature increased and O2 pressure
decreased, the crystallization and roughness of the films increased.
The optimized conditions for sputtering were attained with 3x10-5 mbar of O2 pressure
and RTA temperature of 450ºC in a N2 environment with a base pressure of 250 mbar. MIM
devices were fabricated with sputtering where Molibdenium (Mo) metal was on top of VO2, using
shadow masks with circular contacts and using ITO films as the back contact.
An in-situ heating characterization was performed in XRD and XPS to analyze the
transition in terms of phase changes as well as chemical and electronic properties. Preliminary
electrical characterization was performed to explore the MIT on optimized VO2 thin films.Os óxidos de vanádio têm sido bastante estudados devido às suas múltiplas formas e
fases. Em particular, o VO2 apresenta uma transição metal-isolante (MIT) reversível e
ultrarrápida que ocorre a ~68ºC que altera o material de estrutura monoclínica para tetragonal
rutile. Um estímulo externo (térmico, químico ou elétrico) pode provocar esta transição,
alterando-a de um estado de alta resistência para baixa resistência, significando que pode ser
usado como interruptor elétrico.
Neste trabalho, foram estudadas as condições ótimas para produzir filmes finos de VO2
(~200 nm de espessura). Foram depositados por e-beam evaporation e rf magnetron sputtering
(a diferentes pressões de O2), seguidos de um tratamento RTA a diferentes temperaturas. A
composição estrutural dos filmes finos de VO2 foi caracterizada por XRD, XPS e AFM.
Os filmes depositados por e-beam não são reproduzíveis devido a contaminações do
cadinho de tungsténio e foi difícil evaporar os “pellets” de VO2. Os filmes eram amorfos depois
da deposição e o recozimento realizado mostrou que a fase monoclínica de VO2 foi atingida com
sucesso a 500ºC. O substrato utilizado foi Vidro/ITO. À medida que a temperatura aumentava e
a pressão de O2 diminuía, a cristalização e rugosidade dos filmes aumentava.
As condições ótimas por sputtering foi obtida para 3x10-5 mbar de pressão de O2 e
temperatura de 450ºC num ambiente de N2 com uma pressão base de 250 mbar. Dispositivos
MIM foram fabricados por sputtering onde Molibdénio (Mo) foi o metal depositado por cima do
VO2, usando máscaras com contactos circulares e usando filmes de ITO como contacto de baixo.
A caracterização in-situ com aquecimento foi realizada no XRD e XPS para se analisar a
transição in termos de diferenças de fase assim como as propriedades químicas e elétricas. A
caracterização elétrica preliminar foi realizada para explorar a MIT em filmes finos de VO2
otimizados
