一種氧化釩薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氧化釩薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬釩與氧氣反應(yīng)可形成復(fù)雜的釩氧化物系統(tǒng)，化學(xué)計量比具有多種形式。其中大多數(shù)釩氧化物在熱激勵作用下可發(fā)生絕緣體-金屬的轉(zhuǎn)變，且具有不同的相變溫度。在所有釩的氧化物中，由于二氧化釩的相變溫度為68°C，最接近室溫，受到科研工作者的廣泛關(guān)注。其熱致相變特性主要表現(xiàn)為，在低溫時為半導(dǎo)體相，隨著溫度的逐漸升高，到達(dá)相變溫度點(diǎn)后，變?yōu)榻饘傧啵嘧兊臄?shù)量級可達(dá)4-5個，并且為一級可逆的相變。在二氧化釩發(fā)生相變的同時，其電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)也將發(fā)生很大的變化。在研宄氧化釩材料的相變特性時，研宄人員將氧化釩制成薄膜的形式，使其具有良好延展性，而且氧化釩薄膜質(zhì)量輕、體積小，一些制備氧化釩薄膜的手段還可以與半導(dǎo)體制備工藝完美兼容，這在很大程度上拓展了它的應(yīng)用價值。如:應(yīng)用于智能窗、光電開關(guān)、相變存儲器、紅外探測器、THz波調(diào)制等領(lǐng)域。為使氧化釩薄膜在上述領(lǐng)域更好地應(yīng)用，氧化釩薄膜應(yīng)具有高的相變幅度，從而提高器件的靈敏度。
[0003]而作為氣敏傳感器而言，高靈敏度，快的響應(yīng)/恢復(fù)時間、較低的工作溫度是非常重要的。其中靈敏度作為一個評判氣敏元件對所測氣體敏感程度的物理量，它的提升對于氣敏傳感器而言是非常重要的。其中薄膜的微觀形貌這一因素，它與氣敏傳感器的靈敏度具有非常重要的關(guān)系。因?yàn)楸∧さ奈⒂^形貌極大的影響了氣敏傳感器的比表面積。而薄膜比表面積的提升可增大所測氣體與薄膜的接觸面積，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，提高傳感器的靈敏度。因此，對于氧化釩薄膜氣敏傳感器而言，優(yōu)化薄膜的微觀形貌，提高薄膜比表面積顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種氧化釩薄膜及其制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中氧化釩薄膜相變幅度低、靈敏度不高的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種氧化釩薄膜，由以下方法制得:
[0007](I)清洗三氧化二鋁基底:
[0008]采用三氧化二鋁作為基底，將三氧化二鋁基底依次放入丙酮溶劑、無水乙醇中分別超聲振蕩15-20min，除去表面有機(jī)物雜質(zhì)；隨后將三氧化二鋁基底從無水乙醇中取出烘干備用；
[0009](2)磁控濺射制備金屬釩的薄膜:
[0010]采用磁控濺射儀在三氧化二鋁基底上沉積純的金屬釩膜，沉積靶材選用純度大于99%的金屬釩靶，將步驟(I)中清洗好的三氧化二鋁基底放入真空室內(nèi)，抽本體真空至(3.0-4.0) X 10_4Pa ；以質(zhì)量純度大于99 %的氬氣作為工作氣體，控制氬氣流量為45-50sccm，濺射的工作壓強(qiáng)為1.0-2.0pa，濺射功率為120-180W，濺射時間為10_30min，濺射時的基底溫度為室溫；
[0011](3)快速退火制備氧化釩薄膜:
[0012]將步驟(2)制得的純金屬釩膜放入快速退火爐中，將釩膜氧化為氧化釩薄膜，通過控制退火中的氧氣流速來改變薄膜的微觀形貌，結(jié)晶性能及相變幅度，退火過程中設(shè)置的退火參數(shù)如下:退火時的保溫溫度為420-480 °C，升溫時間為8-12s，保溫時間為100-180S，降溫時間為80-100S，反應(yīng)氣體為純的氧氣，升溫和保溫時的氧氣流速為2.5_5slpm，降溫時的氧氣流速為8-lOslpm。
[0013]一種氧化釩薄膜制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)清洗三氧化二鋁基底:
[0015]采用三氧化二鋁作為基底，將三氧化二鋁基底依次放入丙酮溶劑、無水乙醇中分別超聲振蕩15-20min，除去表面有機(jī)物雜質(zhì)；隨后將三氧化二鋁基底從無水乙醇中取出烘干備用；
[0016](2)磁控濺射制備金屬釩的薄膜:
[0017]采用磁控濺射儀在三氧化二鋁基底上沉積純的金屬釩膜，沉積靶材選用純度大于99%的金屬釩靶，將步驟(I)中清洗好的三氧化二鋁基底放入真空室內(nèi)，抽本體真空至(3.0-4.0) X 10_4Pa ；以質(zhì)量純度大于99 %的氬氣作為工作氣體，控制氬氣流量為45-50sccm，濺射的工作壓強(qiáng)為1.0-2.0pa，濺射功率為120-180W，濺射時間為10_30min，濺射時的基底溫度為室溫；
[0018](3)快速退火制備氧化釩薄膜:
[0019]將步驟(2)制得的純金屬釩膜放入快速退火爐中，將釩膜氧化為氧化釩薄膜，通過控制退火中的氧氣流速來改變薄膜的微觀形貌，結(jié)晶性能及相變幅度，退火過程中設(shè)置的退火參數(shù)如下:退火時的保溫溫度為420-480 °C，升溫時間為8-12s，保溫時間為100-180S，降溫時間為80-100S，反應(yīng)氣體為純的氧氣，升溫和保溫時的氧氣流速為2.5_5slpm，降溫時的氧氣流速為8-lOslpm。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]I)制備的氧化釩薄膜顆粒尺寸在納米級別。制備工藝簡單，參數(shù)較少且可容易控制，大大縮短制備時間，提高了重復(fù)性。
[0022]2)提供了一種快速制備高相變幅度氧化釩薄膜的方法。通過增加退火中的氧氣流速，大大提高了薄膜的相變幅度，對于器件靈敏度提高具有重要意義。
[0023]3)提供了一種增大氧化釩薄膜比表面積的方法。在一定范圍內(nèi)，通過增加退火中的氧氣流速，使得薄膜的微觀形貌發(fā)生改變，表面變得疏松多孔，提高了薄膜的比表面積，對于氣敏傳感器靈敏度提高具有重要意義。
【附圖說明】
[0024]圖1是磁控濺射制備的純金屬釩膜的原子力顯微鏡圖形；
[0025]圖2是實(shí)施例1中氧化釩薄膜的X射線衍射圖；
[0026]圖3(a)是實(shí)施例1中氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡圖形；
[0027]圖3(b)是實(shí)施例1中氧化釩薄膜的原子力顯微鏡圖形；
[0028]圖4是實(shí)施例1中氧化釩薄膜方塊電阻隨溫度變化的曲線圖；
[0029]圖5(a)是實(shí)施例2中氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡圖形；
[0030]圖5(b)是實(shí)施例2中氧化釩薄膜的原子力顯微鏡圖形；
[0031]圖6是實(shí)施例2中氧化釩薄膜方塊電阻隨溫度變化的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033]本發(fā)明所用原料均采用市售化學(xué)純試劑。
[0034]實(shí)施例1
[0035]I)三氧化二鋁基底的清洗
[0036]將R向的三氧化二銷基底(IcmXlcm)依次放入丙酮、無水乙醇中超聲振蕩15min，然后將基底取出，烘干備用。
[0037]2)磁控濺射制備金屬釩的薄膜
[0038]采用DPS-1II型超高真空直流對靶磁控濺射儀在三氧化二鋁基底上沉積純的金屬釩膜。沉積靶材選用純度為99.999%的金屬釩