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Room Temperature Insulator-to-Metal Transition of VO2/TiO2 Epitaxial Bilayer Films Grown on M-plane Sapphire Substrates
Advanced Electronic Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2021-10-19 , DOI: 10.1002/aelm.202100687 Binjie Chen 1 , Gowoon Kim 1 , Hai Jun Cho 2 , Hiromichi Ohta 2
Advanced Electronic Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2021-10-19 , DOI: 10.1002/aelm.202100687 Binjie Chen 1 , Gowoon Kim 1 , Hai Jun Cho 2 , Hiromichi Ohta 2
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Since the optoelectronic properties of VO2 are modulated around the critical temperature (Tc) of insulator-to-metal transition, VO2 is a promising candidate material for smart window. However, the Tc of bulk VO2 is rather high 341 K (68 °C) and therefore, needs to be decreased down to near temperature for practical applications. Although Tc can be reduced to room temperature if rutile TiO2 crystal is used as the substrate, it is not technologically viable for large-scale applications because of the size limitation of available TiO2 crystal. Here, this work shows that the Tc can be reduced to near room temperature using M-plane sapphire as the substrate. VO2/TiO2 bilayer films are fabricated with varied thicknesses on M-plane sapphire [(100) α-Al2O3] substrates. The 5.5-nm-thick VO2 film on 200-nm-thick TiO2 buffered sapphire substrate shows clear insulator-to-metal transition at ≈305 K (32 °C). It is also found that the insulator-to-metal transition is sensitive to the in-plane lattice distortion, which induces carrier generation. The systematic study on the effect of in-plane lattice distortion on the insulator-to-metal transition of VO2 will be useful for the practical application of VO2 as an active material of smart window.
中文翻译：
在 M 面蓝宝石衬底上生长的 VO2/TiO2 外延双层膜的室温绝缘体到金属的转变
由于VO 2的光电特性在绝缘体-金属转变的临界温度（T c）附近被调制，VO 2是一种很有前途的智能窗候选材料。然而，体 VO 2的T c相当高，为 341 K (68 °C)，因此在实际应用中需要降低到接近温度。虽然如果使用金红石TiO 2晶体作为基底，T c可以降低到室温，但由于可用的TiO 2晶体的尺寸限制，它在技术上不适用于大规模应用。在这里，这项工作表明T使用 M 面蓝宝石作为衬底，可以将c降低到接近室温。VO 2 /TiO 2双层薄膜是在 M 面蓝宝石上制备的，具有不同的厚度 [(100) α-Al 2 O 3 ] 基材。200 nm 厚 TiO 2缓冲蓝宝石衬底上的 5.5 nm 厚 VO 2薄膜在 ≈305 K (32 °C) 时显示出明显的绝缘体到金属的转变。还发现绝缘体到金属的转变对面内晶格畸变很敏感，这会导致载流子的产生。系统研究面内晶格畸变对VO 2绝缘体-金属转变的影响，将有助于VO 2作为智能窗活性材料的实际应用。
更新日期：2021-10-19
中文翻译：
在 M 面蓝宝石衬底上生长的 VO2/TiO2 外延双层膜的室温绝缘体到金属的转变
由于VO 2的光电特性在绝缘体-金属转变的临界温度（T c）附近被调制，VO 2是一种很有前途的智能窗候选材料。然而，体 VO 2的T c相当高，为 341 K (68 °C)，因此在实际应用中需要降低到接近温度。虽然如果使用金红石TiO 2晶体作为基底，T c可以降低到室温，但由于可用的TiO 2晶体的尺寸限制，它在技术上不适用于大规模应用。在这里，这项工作表明T使用 M 面蓝宝石作为衬底，可以将c降低到接近室温。VO 2 /TiO 2双层薄膜是在 M 面蓝宝石上制备的，具有不同的厚度 [(100) α-Al 2 O 3 ] 基材。200 nm 厚 TiO 2缓冲蓝宝石衬底上的 5.5 nm 厚 VO 2薄膜在 ≈305 K (32 °C) 时显示出明显的绝缘体到金属的转变。还发现绝缘体到金属的转变对面内晶格畸变很敏感，这会导致载流子的产生。系统研究面内晶格畸变对VO 2绝缘体-金属转变的影响，将有助于VO 2作为智能窗活性材料的实际应用。
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