We present vanadium dioxide (VO2) thin films having high resistivity contrast with silicon substrates through use of crystallized alumina (Al2O3) buffer layers, engineered for this purpose. We first optimized the process by depositing VO2 onto C-plane sapphire substrates prior to alumina thin films. The latter of which were grown via atomic layer deposition on silicon substrates. We then applied rapid thermal annealing (RTA) to crystallize the alumina films. Scanning electron microscopy results indicated a thickness of 107 nm for each VO2 film, which yielded hot–cold resistivity contrast ratios of 9.76 × 104, 1.46 × 104, and 3.66 × 103, when deposited on the C-plane sapphire, the annealed buffers, and the as-deposited alumina buffers, respectively. Atomic force microscopy of the film surface roughness of the VO2 films indicated root mean squared roughness (Rq) of 4.56 nm, 6.79 nm, and 3.30 nm, respectively, for the films grown on the C-plane sapphire, annealed buffers, and as-deposited buffers. Finally, x-ray diffraction (XRD) of the VO2 films indicated the desired composition and strong (0h0)/(00h) texturing, when deposited on both the C-plane sapphire and the annealed alumina buffer layers. XRD results indicated a series of peaks corresponding to the α-Al2O3/C-plane sapphire, and an XRD analysis of the buffers alone confirmed crystallization of the buffer layer via RTA. The process defined in this paper produced a series of highly textured VO2 films making them most valuable for the integration of VO2 with silicon-based devices.

中文翻译：

---

使用退火的 Al2O3 缓冲层在硅衬底上集成高对比度、高纹理的 VO2 薄膜

我们通过使用专为此目的而设计的结晶氧化铝 (Al2O3) 缓冲层，提供了与硅衬底具有高电阻率对比度的二氧化钒 (VO2) 薄膜。我们首先通过在氧化铝薄膜之前将 VO2 沉积到 C 面蓝宝石衬底上来优化工艺。后者通过在硅衬底上的原子层沉积生长。然后我们应用快速热退火 (RTA) 来结晶氧化铝薄膜。扫描电子显微镜结果表明，每个 VO2 膜的厚度为 107 nm，当沉积在 C 面蓝宝石上时，退火缓冲层的热-冷电阻率对比度为 9.76 × 104、1.46 × 104 和 3.66 × 103，和沉积的氧化铝缓冲液，分别。VO2 薄膜的薄膜表面粗糙度的原子力显微镜表明，对于在 C 面蓝宝石、退火缓冲液和作为-的薄膜上生长的薄膜，均方根粗糙度 (Rq) 分别为 4.56 nm、6.79 nm 和 3.30 nm。沉积的缓冲液。最后，当沉积在 C 面蓝宝石和退火氧化铝缓冲层上时，VO2 薄膜的 X 射线衍射 (XRD) 表明具有所需的成分和强 (0h0)/(00h) 纹理。XRD 结果表明一系列对应于 α-Al2O3/C 面蓝宝石的峰，单独对缓冲液的 XRD 分析证实了缓冲层通过 RTA 结晶。本文中定义的工艺生产了一系列高度纹理化的 VO2 薄膜，这使得它们对于将 VO2 与硅基器件集成起来最有价值。对于在 C 面蓝宝石、退火缓冲液和沉积缓冲液上生长的薄膜。最后，当沉积在 C 面蓝宝石和退火氧化铝缓冲层上时，VO2 薄膜的 X 射线衍射 (XRD) 表明具有所需的成分和强 (0h0)/(00h) 纹理。XRD 结果表明一系列对应于 α-Al2O3/C 面蓝宝石的峰，单独对缓冲液的 XRD 分析证实了缓冲层通过 RTA 结晶。本文中定义的工艺生产了一系列高度纹理化的 VO2 薄膜，这使得它们对于将 VO2 与硅基设备集成起来最有价值。对于在 C 面蓝宝石、退火缓冲液和沉积缓冲液上生长的薄膜。最后，当沉积在 C 面蓝宝石和退火氧化铝缓冲层上时，VO2 薄膜的 X 射线衍射 (XRD) 表明具有所需的成分和强 (0h0)/(00h) 纹理。XRD 结果表明一系列对应于 α-Al2O3/C 面蓝宝石的峰，单独对缓冲液的 XRD 分析证实了缓冲层通过 RTA 结晶。本文中定义的工艺生产了一系列高度纹理化的 VO2 薄膜，这使得它们对于将 VO2 与硅基器件集成起来最有价值。当沉积在 C 面蓝宝石和退火氧化铝缓冲层上时。XRD 结果表明一系列对应于 α-Al2O3/C 面蓝宝石的峰，单独对缓冲液的 XRD 分析证实了缓冲层通过 RTA 结晶。本文中定义的工艺生产了一系列高度纹理化的 VO2 薄膜，这使得它们对于将 VO2 与硅基器件集成起来最有价值。当沉积在 C 面蓝宝石和退火氧化铝缓冲层上时。XRD 结果表明一系列对应于 α-Al2O3/C 面蓝宝石的峰，单独对缓冲液的 XRD 分析证实了缓冲层通过 RTA 结晶。本文中定义的工艺生产了一系列高度纹理化的 VO2 薄膜，这使得它们对于将 VO2 与硅基器件集成起来最有价值。