Electrical and optical properties of VO2 polymorphic epitaxial filMaster

Abstract

Vanadium dioxide (VO2) polymorphs have many interesting physical and chemical properties that are crystal-structure dependent. We report that polymorphic (010)VO2(M1), (100)VO2(A), and (100)VO2(B) can be epitaxially grown on (001), (011), and (111) orient-ed Y-stabilized ZrO2 (YSZ), respectively. Although VO2(M1) exhibits a typical metal–insulator transition near 68°C, and VO2(B) behaves as an insulator. And, the resistivity of VO2(A) is three orders of magnitude lower than that of (100)VO2(A) epitaxial filMaster previ-ously grown on (011)SrTiO3. Ellipsometry reveals that the bandgap of VO2(A) also de-creases. Each type of VO2 polymorphic film grown on cost-effective YSZ will be of great interest for numerous electronic and energy applications.|바나듐 이산화물(VO2)은 결정 구조에 따라서 다양한 전기적, 광학적 특성을 보인다. 하지만, 단결정을 만들기 어렵기 때문에 VO2의 본질적인 특성을 연구하는데 제약이 있었다. 우리는 에피 증착법을 이용하여 (001)-, (011)-, (111)-방향의 지르코늄 이산화물(Y-stabilized ZrO2, YSZ) 기판위에 VO2(M1), VO2(A), VO2(B)를 각각 성장하는데 성공하였다. 엑스선 회절기와 전자 투과 현미경을 이용하여 박막의 구조와 결정성을 확인했으며 에피 성장에 대한 박막과 기판 면의 조화를 확인했다. 온도 증가에 따라 VO2(M1)이 68oC 에서 비금속-금속으로 전이하는 특성과 VO2(A)와 VO2(B)가 저항이 단순 증가하는 특성을 관찰하였다. 흥미롭게도 YSZ 위에 에피 증착된 VO2(A)는 SrTiO3 위에 증착된 기존의 에피 박막에 비해서 저항이 1000배 감소하였다. 타원 편광계를 이용하여 순수한 상 각각의 띠틈(bandgap)을 측정하고 전자구조를 제안하였다. 저렴한 YSZ 위의 각각 에피 성장된 VO2 동질이상체에 대한 우리의 연구는 차세대 전자소자와 에너지 응용에 큰 흥미를 끌 것이다.