二氧化钒是一种具有相变特性的过渡金属氧化物,能在68℃的相变温度点发生高温金属相和低温半导体相的可逆转变,同时伴随着电学和光学性能的剧烈变化。基于其优良的相变特性,二氧化钒在微电子、光电子及传感器方面展现出了巨大的应用前景。近些年中红外(3μm~30μm的电磁波)光波在军事和民用领域显示出极大的应用价值,也越来越受到人们的重视。利用电控二氧化钒相变来实现对中红外光学器件响应的动态调制对于推进中红外技术的实用化具有重要意义。本文以二氧化钒作为相变功能材料,设计并制作出了一种中红外可调谐等离子体天线器件,并以热和电两种不同的方式激励二氧化钒相变探究其相变机理。器件为多层膜结构,以硅片为基底。首先用电子束蒸发(EBE)在硅基底上镀300nm的铜薄膜作为反射层,然后用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在铜薄膜上镀100 nm的二氧化硅薄膜作为过渡层,再利用反应磁控溅射方法在二氧化硅薄膜上镀250 nm的二氧化钒薄膜,最后利用湿法光刻和电子束蒸发技术在二氧化钒薄膜上生长厚度为200 nm的金插指天线。具体结构为,金属条宽度2.5μm、金属条长度3.8 mm、相邻金属条间距4.5μm、整体阵列大小4.0 mm×4.0 mm。叉指型金属条阵列不仅是电控二氧化钒相变的电极,而且作为中红外光的等离子体天线。在实验测试过程中,以电压激励的方式下,器件在二氧化钒薄膜相变前后对25.5 THz左右的中红外光的调制深度为30%,响应频率的调节范围为3.5%;改变激励方式,在热激励二氧化钒薄膜相变测试过程中得到了与电压激励方式下相同的结果。为了探究二氧化钒的相变机理,我们对电压激励过程中器件的温度进行了记录,并在COMSOL软件中进行了模拟,结果发现在电压激励下器件的温度与热激励下基本相同,该结果表明电压激励二氧化钒相变主要是是由焦耳热引起的。本文所述的中红外调制器制作简单、成本低,在较低的工作电压下即实现了对中红外光的调制,这对于推进可重置红外传感器实用化具有重要意义。