二氧化钒(VO2) 是一种典型的强关联电子材料, 当达到相变阈值时, 会可逆地从绝缘单斜相转变到金属金红石相, 这种相变主要通过温度、光照、电场、磁场、应力等激励条件激发。相突变可在亚皮秒时间尺度内发生, 并会伴随着光学透过率、折射率和磁化率等特性的显著变化，其中相变前后电阻率会发生 3～5 个数量级的变化, 这使得 VO2 在智能节能窗、光电探测、光电存储、光开关等领域有着重要的应用前景。首先介绍了 VO2 的相变机制, 主要有电子关联驱动、晶格结构驱动以及两者共同驱动, 接着重点介绍了利用超快时间分辨技术, 尤其是太赫兹时域光谱技术, 来研究 VO2 薄膜的相变动力学过程, 最后, 介绍了基于 VO2 薄膜的太赫兹调制器、太赫兹滤波器、太赫兹开关等领域的应用研究。

介绍了非制冷红外焦平面探测器的基本工作原理，并概括了其关键技术参数。梳理了非制冷红外焦平面探测器技术与产品的发展简史，综述了国内外相关研究及产品开发的最新进展。最后还讨论了非制冷红外焦平面探测器技术的发展趋势。

采用磁控溅射及快速热氧化法在c-Al2O3基底制备出高质量的氧化钒薄膜。首先，分析结果表明所制备的氧化钒薄膜表面颗粒大小均匀，表面均方根粗糙度约为16.75 nm， 主要成分为VO2和V2O5，V4+离子的含量为78.59%,所制备的氧化钒薄膜具有稳定的热致相变特性; 其次，光诱导下薄膜的THz波调制特性研究结果显示，随着激励光功率增大， 薄膜的THz透过率逐渐减小; 最后，经过多次原位反复测试结果表明所制备的氧化钒薄膜具有稳定可逆的THz波调制特性, 可应用于太赫兹开关和调制器等集成式太赫兹功能器件。

利用自主搭建的实验系统, 同步实时地测量了热致相变材料二氧化钒(VO2)薄膜在相变过程中的反射率及其涨落(噪声谱).实时傅里叶变换采集卡测得的噪声谱不仅可以像反射率测量一样给出样品的相变温度(55℃), 还在样品的高温区金属相里发现了一个明显的噪声峰(位于15~20 MHz), 而低温区半导体相的噪声谱几乎是平坦的.这种噪声峰也反映了薄膜样品中低温半导体相和高温金属相的晶体结构差异.噪声谱测量可以广泛地应用于相变材料的研究.

采用直流磁控溅射法，结合氧化法热处理在硅基底上制备VO₂薄膜，通过SEM、XRD、XPS、FTIR红外透射率等测试，从多角度分析了氧化热处理对VO₂薄膜截面结构、晶相成分、成分价态、红外透射率相变特性的影响。实验分析表明，采用直流磁控溅射与氧化热处理相结合的方法，可获得主要成分为具有明显择优取向单斜金红石结构VO₂(011)晶体的氧化钒薄膜，氧化热处理有利于VO₂晶粒生长并增加薄膜致密性，同时其红外透射率具有明显相变特性，相变温度为60.5 ℃，3~5 μm、8~12 μm波段的红外透射率对比值达到99.5%，实现了对红外波段辐射的开关功能，适合应用于红外探测器的激光防护研究，同时可为深入研究对薄膜的氧化热处理提供参考依据。

基于常温反应磁控溅射和热处理工艺, 在硅片(100)衬底上, 制备出了具有相变特性的二氧化钒(VO2)薄膜, 采用XRD、SEM对薄膜的物相结构、表面形貌进行了表征。热处理后, 薄膜晶粒开始生长, 在[2θ=]27.9°、37.1°、42.3°分别出现了VO2的(011)、(200)、(210)衍射峰, 薄膜形貌均匀致密。对薄膜的方块电阻进行了变温测试, 相变前后薄膜电阻突变量达三个数量级, 具有很好的半导体-金属相变特性。文中还对VO2薄膜在伪装领域的应用前景进行了分析。

采用脉冲直流反应磁控溅射技术在不同的占空比条件下制备了氧化钒薄膜。利用X射线光电子能谱仪测定了薄膜的组分, 用光谱椭偏仪在300~850nm的波长范围内对薄膜的光学性质进行了研究。实验结果表明降低占空比具有促进金属钒氧化的作用, 而通过采用Tauc-Lorentz谐振子色散模型结合有效介质近似模型对椭偏参数Ψ和Δ进行拟合, 得到了较为理想的拟合结果。薄膜的复折射率和透过率均由椭偏拟合结果确定, 结果发现占空比的下降, 导致了可见光范围内薄膜折射率和消光系数的降低以及透过率的提高。

采用原子层沉积(ALD)方法, 分别以VO(OC3H7)3和H2O2为钒源和氧源, 在载玻片基底上沉积钒氧化物薄膜; 在还原气氛的管式炉中, 对钒氧化物薄膜进行还原退火结晶, 进而得到VO2薄膜晶体。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)及X-射线光电子能谱(XPS)研究所制备的钒氧化物薄膜表面形貌、晶体结构以及组分的变化; 利用傅里叶红外光谱(FT-IR )对VO2薄膜的红外透射性进行测试分析。结果表明: ALD所制备的薄膜以非晶态V2O5、VO2和V2O3为主; 在通以还原气氛(95%Ar, 5%H2)并500℃热处理2h后得到以(011)择优取向的单斜金红石纳米VO2薄膜, VO2晶体薄膜相变前后红外透过率突变量较大。