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不同结构WO3 薄膜的制备及其性质的光、电调控 中文摘要 WO3 具有多种不同的晶体结构和非化学计量特性，这使离子液体门电压可以有效调 控其结构和光、电性质，从而在智能玻璃、信息存储与处理、传感器等诸多领域具有巨 大的应用潜力。到目前为止，有关于离子液体门电压对不同结构WO3 材料的调控研究 还很少。本文以WO3 为研究对象，采用脉冲激光沉积方法制备不同结构的WO3 薄膜， 研究离子液体门电压和紫外光照射两种方式对不同结构WO3 薄膜结构、电学和光学性 质的影响，并探究了其内在机制。 (1) 单斜相、三斜相和非晶态三种结构WO3 薄膜的制备。沉积温度和氧气压对WO3 薄膜的结构有很大的影响。在较高的氧气压下，沉积温度是决定WO3 薄膜晶型的关键 因素；沉积温度一定的情况下，氧气压则影响了WO3 薄膜中氧空位的浓度，进而影响 其实际组成和微结构。通过优化沉积温度和氧气压，我们获得了单斜相、三斜相和非晶 态的WO3 薄膜。 (2) 质子型离子液体门电压调控WO3 薄膜。离子液体门电压均能调控单斜相、三斜 相和非晶态的 WO3 薄膜的电阻。门电压越大、施加时间越长，薄膜的电阻变化就越显 著。在相同调控条件下，WO3 薄膜结构不同，调控效果也有一定的差别。相比非晶态的 薄膜，单斜相和三斜相的 WO3 薄膜调控程度较大、调控后保持时间也较长。我们获得 的最佳调控条件是+3.5 V 的门电压施加20 min 。在该条件下，以调控效果最显著、保持 时间最长的单斜相WO3 薄膜为对象进行进一步的结构和性能研究发现，门电压调控后， 薄膜的颜色由初始态的透明变为深蓝色，电阻由初始态超过1012 Ω 减小为101 Ω ，W 的 价态由+6 价变为+5 和+6 的混合价态，这些现象可能是施加门电压过程中离子液体中的 + H 插入WO 薄膜中形成了H WO 所致。 3 x 3-x (3) 紫外光辐照单斜相WO3 薄膜。辐照后，薄膜由初始态的透明变为浅蓝色，电阻 12 4 由初始态超过10 Ω 减小为10 Ω ，这可能是紫外光照射WO3 引起电荷-空穴分离，空 + + 穴会和H O 分子作用产生H 离子，H 离子会扩散进入WO ，注入WO 导带中的光生 2 3 3 I + 电子则会进一步和H 离子反应生成H WO 所致。 x 3 + 总之，我们通过光、电方式即离子液体门电压和紫外光辐照两种方式将 H 离子插 入 WO 薄膜进而导致H WO 的形成，从而不同程度地调控WO 薄膜的结构、颜色和 3 x 3 3 电阻等性质。调控后的结构和性质具有不同程度的可保持性和恢复性。这两种方式调控 的难易程度不同、调控效果也有差异。该研究可以为未来设计光电一体的多功能器件， 进而模拟神经突触行为以及仿神经形态视觉传感器等提供一定的思路。 关键词：WO3 薄膜，离子液体门电压，紫外光辐照 II 目 录 中文摘要 I ABSTRACT III 1 绪论1 1.1 离子电子学1 1.1.1 离子电子学的简介 1 1.1.2 离子电子学调控材料的性质3