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4.0 X 10_4Pa ；以質(zhì)量純度為99.999 %的氬氣作為工作氣體，控制氬氣流量為48SCCm，濺射的工作壓強為2.0pa,濺射功率為172.5W，濺射時間為lOmin，濺射時的基底溫度為室溫。實施例1制備的純金屬釩膜表面微觀形貌的原子力顯微鏡圖形如圖1所示。
[0039]3)快速退火制備氧化釩薄膜
[0040]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。退火過程中設(shè)置的退火參數(shù)如下:退火時保溫溫度為450°C，升溫時間為9s，保溫時間為150s，降溫時間為90s。反應(yīng)氣體為純的氧氣，升溫和保溫時的氧氣流速為4.5slpm，降溫時的氧氣流速為lOslpm。制備得到的氧化釩薄膜的X射線衍射圖形如圖2所示。掃描電子顯微鏡圖形如圖3(a)所示，原子力顯微鏡的圖形如圖3(b)所示。
[0041]4)測試氧化釩薄膜的相變特性
[0042]利用四探針測試儀測試該條件下制備所得薄膜不同溫度下的方塊電阻。所測溫度范圍為27-90?，通過記錄溫度區(qū)間內(nèi)升溫和降溫過程中不同溫度點對應(yīng)的方塊電阻，得到氧化釩薄膜的相變圖形，如圖4所示。
[0043]實施例1制得的氧化釩薄膜在升溫過程中，當(dāng)樣品表面溫度分別為32.1,50.5、69.5、88.5 °C時，對應(yīng)薄膜的方塊電阻為64.55、38.48、0.78、0.64ΚΩ/ □，方塊電阻隨溫度增加而變大，方塊電阻的變化倍數(shù)約為100.9 ;降溫過程中，當(dāng)溫度分別為88.4,70,49.2、29.5°C時，對應(yīng)的方塊電阻為0.64、0.76,2.81,70.1ΚΩ/ □，電阻變化倍數(shù)為109.5。相變幅度達(dá)到了兩個數(shù)量級。
[0044]實施例2
[0045]本實施例與實施例1相似，不同之處在于:步驟3)中退火過程中升溫和保溫時的氧氣流速為3slpm。利用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡測量薄膜的表面形貌，如圖5所示。利用四探針測量氧化釩薄膜的相變特性，所測溫度范圍為27-90?。在升溫過程中，當(dāng)樣品表面溫度分別為30.5、50、68、90°C時，對應(yīng)薄膜的方塊電阻為7.89、5.58、2.04、1.58ΚΩ/ □，方塊電阻隨溫度增加而變大，方塊電阻的變化倍數(shù)約為5 ;降溫過程中，當(dāng)溫度分別為90、68、50.5、30°C時，對應(yīng)的方塊電阻為1.6,2.4,2.8,8.04ΚΩ/ 口，電阻變化倍數(shù)為5。相變幅度將近一個數(shù)量級。其相變特性的曲線如圖6所示。
[0046]本發(fā)明定義氧化釩薄膜的相變幅度c = Rn JRdh，其中Ru代表低溫時的方塊電阻值，Rdh代表高溫時的方塊電阻值。
[0047]由上面的兩個實例可知，在一定的范圍內(nèi)，通過增加快速退火中升溫和保溫時的氧氣流速，可使氧化釩薄膜的相變幅度增大(氧氣流速為3slpm時，相變幅度將近一個數(shù)量級，氧氣流速為4.5slpm時，相變幅度達(dá)到兩個數(shù)量級)，從而提高器件的靈敏度。而且快速退火時的氧氣流速極大的影響了氧化釩薄膜的表面形貌。實施例1中氧化釩薄膜表面形貌要比實施例2疏松多孔。因此，在一定的范圍內(nèi)，通過增加快速退火中的氧氣流速，可使氧化釩薄膜表面變得疏松多孔，增大薄膜的比表面積，可有效增加氣體吸附面積，提高氧化釩薄膜的氣敏性能。而且這種方法制備的薄膜耗時短，工藝簡單，重復(fù)性高。
【主權(quán)項】
1.一種氧化釩薄膜，其特征在于，由以下方法制得: (1)清洗三氧化二鋁基底: 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； (2)磁控濺射制備金屬釩的薄膜: 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； (3)快速退火制備氧化釩薄膜: 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8-10slpm。
2.一種氧化釩薄膜制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)清洗三氧化二鋁基底: 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； (2)磁控濺射制備金屬釩的薄膜: 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； (3)快速退火制備氧化釩薄膜: 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8-10slpm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化釩薄膜及其制備方法，制備過程中通過提升退火中的氧氣流速，使制得的氧化釩薄膜的表面變得疏松多孔，同時提高了氧化釩薄膜的相變幅度。該方法克服了氧化釩薄膜制備時間長，相變幅度低的缺點，可嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，提高工藝重復(fù)性及氧化釩薄膜的相變幅度，從而提高器件的靈敏度。同時疏松多孔的形貌增大了薄膜的比表面積，對于提高傳感器的氣敏性能具有重要作用，可以使其更好的應(yīng)用于實際。
【IPC分類】C23C14-58, C23C14-35, C23C14-08
【公開號】CN104593738
【申請?zhí)枴緾N201410775861
【發(fā)明人】梁繼然, 李娜, 劉星, 胡明
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月15日