專利名稱：一種氧化釩薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種氧化釩薄膜的制備方法，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備氧化釩薄膜的方法。
背景技術(shù)：
自二十世紀(jì)五十年代末首次發(fā)現(xiàn)氧化釩薄膜具有溫度相變特性以來，氧化釩薄膜引起了各國研究者的廣泛興趣。研究結(jié)果表明在眾多的釩氧化物中，至少有8種氧化釩具有從高溫金屬相到低溫半導(dǎo)體相的轉(zhuǎn)化特性，轉(zhuǎn)換溫度低至-163℃，高至258℃，而二氧化釩(VO2)由于其轉(zhuǎn)換溫度在室溫附近最引人注目。同時，二氧化釩薄膜具有可逆的溫度相變特性，其典型的相變溫度為68℃，在常溫下，二氧化釩薄膜為單斜晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體態(tài)，具有較高的電阻率和紅外光波透過率；當(dāng)二氧化釩薄膜溫度升高到相變溫度時，其微觀結(jié)構(gòu)以及光電特性發(fā)生突變，由單斜晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄Ц窠Y(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)出金屬態(tài)，電阻率迅速降低，對紅外光波呈現(xiàn)較高的反射能力，而且這種變化是可逆的。由于氧化釩(尤其是二氧化釩)薄膜的這一溫度-相變特性，所以氧化釩薄膜材料在諸如新型光存儲器件、新型MOS晶體管開關(guān)電路、相變型紅外光學(xué)開關(guān)、智能窗以及抗強(qiáng)激光輻射自動保護(hù)等領(lǐng)域均有很好的應(yīng)用前景。特別是以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜在室溫時雖然不具有溫度相變特性，但由于它具有較高的電阻溫度系數(shù)，在25℃時其電阻溫度系數(shù)(TCR)的典型值為2％，是一般金屬薄膜的5-10倍，因此氧化釩薄膜是目前用來制作非制冷紅外探測器熱敏電阻的理想材料。以氧化釩薄膜作為熱敏電阻的紅外焦平面在非制冷紅外成像系統(tǒng)上也獲得了非常廣泛的應(yīng)用。
釩的價態(tài)有很多，與氧氣反應(yīng)可以形成多種相結(jié)構(gòu)，至少有8種相結(jié)構(gòu)的氧化釩具有溫度相變特性。目前有多種方法可以制備氧化釩薄膜，如電子束蒸發(fā)鍍膜(C V Ramana，O MHussain，B.Srinivasulu，et al.Spectroscopic characterization of electron-beam evaporated V2O5thin films.Thin Solid Films，1997，305219-266)，反應(yīng)離子濺射(S D Hansen，C RAita.Lowtemperature reactive sputter deposition of vanadium oxide.J.Vac.Sci.Technol，1985，A3(3)660-663)，化學(xué)氣相沉積(E E Chain.Effect of oxygen in ion-beam sputter deposition of vanadiumoxide.J.Vac.Sci.Technol.，1987，A5(4)1762-1766)，脈沖激光沉積(R.T.Rajendra Kumar，B.Karunagaran，D.Mangalaraj，et al.Pulsed laser deposited vanadium oxide thin films for uncooledinfrared detectors，Sensors and Actuators，2003，A10762-67)和溶膠-凝膠法(Sol-Gel)(Coordination Chemistry ReviewsJacques Livage，Optical and electrical properties of vanadiumoxides synthesized from alkoxides，1999，190-192391-403，和Thin Solid FilmsSongwei Lu，Lisong Hou，F(xiàn)uxi Gan，Surface analysis and phase transition of gel-derived VO2thin films，1999，35340-44)等。采用不同的制備方法在不同的襯底上所制備的氧化釩薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及其光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)特性都有較大的差別。
氧化釩薄膜具有至少13種不同的相結(jié)構(gòu)，各種相結(jié)構(gòu)的制備工藝條件比較近似，單一相的制備工藝條件范圍非常窄，且其穩(wěn)定存在的條件又非常苛刻，因而要制備具有嚴(yán)格化學(xué)配比的單一相氧化釩薄膜非常困難。在制備過程中要嚴(yán)格控制各個工藝參數(shù)，才能制備出滿足需求的性能良好的氧化釩薄膜。工藝參數(shù)稍微改變，則所制備的氧化釩薄膜的特性就會大不相同，降低了工藝的可重復(fù)型，增加了工藝的控制難度。由于離子束濺射鍍膜時，離子束濺射出的粒子具有較大能量，在鍍膜時會對已有的膜層產(chǎn)生轟擊，能有效去除薄膜缺陷，因此采用離子束濺射鍍膜生成的膜層一般比較致密，與襯底的粘附性比較好，而且薄膜的均勻性也容易得到保證。因此，國內(nèi)外一般都采用反應(yīng)離子濺射鍍膜的工藝直接生成所需的氧化釩薄膜，但是在該過程中，由于反應(yīng)氣體流量受到離子束能量、本底真空、襯底溫度、靶表面狀態(tài)等諸多因素的制約，使得對反應(yīng)氣體流量的精確控制十分重要，這就使得要尋找一種具有可重復(fù)性的采用反應(yīng)離子濺射鍍膜工藝制備氧化釩的方法變得非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)離子濺射鍍膜的氧化釩薄膜的制備方法，該方法可克服以往反應(yīng)離子濺射中存在的困難，可嚴(yán)格控制反應(yīng)氣體流量，降低制備的工藝難度，增加工藝的可重復(fù)性，能制備性能優(yōu)良的以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜。
本發(fā)明詳細(xì)技術(shù)方案為一種氧化釩薄膜的制備方法，如圖1所示，其特征是依次包括以下步驟1、準(zhǔn)備襯底基片，所準(zhǔn)備的襯底基片需要表面清潔；2、采用反應(yīng)離子濺射鍍膜工藝制備氧化釩薄膜，具體工藝條件為靶材純金屬釩；本底真空度＜10-3Pa；濺射溫度200±1℃；O2∶Ar＝1∶1.5～1∶2.5；工作氣壓2.8±0.6Pa左右；濺射過程中O2流量1.6～2.6sccn；濺射過程中Ar流量3.9±0.2sccm；濺射電壓240～250V；濺射過程中對氣體流量進(jìn)行動態(tài)的精確控制，直至鍍膜結(jié)束；
3、在氬氣環(huán)境中自然冷卻至室溫。
需要說明的是，由于氧化釩薄膜的穩(wěn)定存在的條件非?？量蹋虼?，通過步驟1-步驟3所制得的氧化釩薄膜最好在真空條件下保存。
利用本發(fā)明所述的方法制備的氧化釩薄膜為一種以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜，其X射線光電子能譜(XPS)如圖2所示。薄膜的電學(xué)特性如附圖3所示，在40-60℃之間，薄膜的電阻發(fā)生明顯的突變，證明該氧化釩混合相多晶薄膜在這個溫度區(qū)間發(fā)生了相變。薄膜的電阻-溫度系數(shù)(TCR)在30℃時，達(dá)到3％以上。
本發(fā)明的有益效果1、通過嚴(yán)格控制反應(yīng)氣體流量，降低制備的工藝難度，增加工藝的可重復(fù)性；2、通過本發(fā)明能夠制備性能優(yōu)良的以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜。


圖1為本發(fā)明流程圖。
圖2為利用本發(fā)明所制備的氧化釩薄膜的XPS譜圖。
圖3為利用本發(fā)明所制備的氧化釩薄膜的電阻-溫度關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一1、采用鍍有Si3N4薄膜的Si片做襯底，鍍膜前對襯底進(jìn)行清洗、烘干備用。
2、采用反應(yīng)離子濺射鍍膜工藝制備氧化釩薄膜，具體工藝條件為靶材純金屬釩；本底真空度＜10-3Pa；濺射溫度200±1℃；O2∶Ar＝1∶1.6；工作氣壓2.8±0.6Pa；濺射過程中O2流量2.4sccm；濺射過程中Ar流量3.9±0.2sccm；濺射電壓240V；濺射過程中對氣體流量進(jìn)行動態(tài)的精確控制，直至鍍膜結(jié)束；3、在氬氣環(huán)境中自然冷卻至室溫。
按照上述實(shí)施方式所制得的氧化釩薄膜，通過XPS分析儀分析得出為一種以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜；其電阻-溫度系數(shù)(TCR)在30℃時，達(dá)到3.5％以上。
具體實(shí)施方式
二步驟1、3相同，在此不再贅述；步驟2為采用反應(yīng)離于濺射鍍膜工藝制備氧化釩薄膜，具體工藝條件為靶材純金屬釩；本底真空度＜10-3Pa；濺射溫度200℃左右；O2∶Ar＝1∶2.0；工作氣壓2.8Pa左右；濺射過程中O2流量1.8sccm；濺射過程中Ar流量3.9sccm左右；濺射電壓245V；濺射過程中對氣體流量進(jìn)行動態(tài)的精確控制，直至鍍膜結(jié)束；按照上述實(shí)施方式所制得的氧化釩薄膜，通過XPS分析儀分析得出為一種以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜；其電阻-溫度系數(shù)(TCR)在30℃時，達(dá)到5％以上。
具體實(shí)施方式
三步驟1、3相同，在此不再贅述；步驟2為采用反應(yīng)離子濺射鍍膜工藝制備氧化釩薄膜，具體工藝條件為靶材純金屬釩；本底真空度＜10-3Pa；濺射溫度200℃左右；O2∶Ar＝1∶2.4；工作氣壓2.8Pa左右；濺射過程中O2流量1.6sccm；濺射過程中Ar流量3.9sccm左右；濺射電壓250V；濺射過程中對氣體流量進(jìn)行動態(tài)的精確控制，直至鍍膜結(jié)束；按照上述實(shí)施方式所制得的氧化釩薄膜，通過XPS分析儀分析得出為一種以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜；其電阻-溫度系數(shù)(TCR)在30℃時，達(dá)到3.2％以上。
權(quán)利要求
1.一種氧化釩薄膜的制備方法，其特征是依次包括以下步驟1)、準(zhǔn)備襯底基片，所準(zhǔn)備的襯底基片需要表面清潔；2)、采用反應(yīng)離子濺射鍍膜工藝制備氧化釩薄膜，具體工藝條件為靶材純金屬釩；本底真空度＜10-3Pa；濺射溫度200±1℃；O2∶Ar＝1∶1.5～1∶2.5；工作氣壓2.8±0.6Pa左右；濺射過程中O2流量1.6～2.6sccm；濺射過程中Ar流量3.9±0.2sccm；濺射電壓240～250V；濺射過程中對氣體流量進(jìn)行動態(tài)的精確控制，直至鍍膜結(jié)束；3)、在氬氣環(huán)境中自然冷卻至室溫。
全文摘要
一種氧化釩薄膜的制備方法，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備氧化釩薄膜的方法。本發(fā)明采用反應(yīng)離子濺射鍍膜工藝制備氧化釩薄膜，通過嚴(yán)格控制反應(yīng)氣體流量，降低制備的工藝難度，增加工藝的可重復(fù)性；通過本發(fā)明能夠制備性能優(yōu)良的以二氧化釩為基礎(chǔ)的氧化釩混合相多晶薄膜，其電阻—溫度系數(shù)(TCR)在30℃時，達(dá)到3％以上。
文檔編號C23C14/08GK1966758SQ20051002208
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者吳志明, 蔣亞東, 王濤, 宋建偉 申請人:電子科技大學(xué)