專利名稱：快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于薄膜制備方法的，尤其涉及一種制備具有相變特性氧化釩薄膜的方法。
背景技術(shù)：
二氧化釩在Tc=68°C附近具有從低溫半導體相到高溫金屬相的可逆性相變特性，其接近室溫的相變溫度使得由VO2制備的薄膜在智能窗、微測輻射熱計、光開關(guān)等領(lǐng)域具有廣泛的應用。二氧化釩薄膜的制備方法較多，主要包括濺射法、真空蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法和溶膠凝-膠法等。其中濺射法具有濺射效率高、成膜均勻、可大面積生長且無污染等特點，是國內(nèi)外眾多研究人員制備二氧化釩薄膜常用的方法。這種方法是在濺射過程中加入氧氣和氬氣，氬氣作為工作氣體，氧氣作為反應氣體，在濺射過程中通過金屬釩與氧的結(jié)合制備 氧化釩薄膜，然后經(jīng)過退火處理獲得具有相變特性的二氧化釩薄膜。這種方法調(diào)控參數(shù)多，制備過程比較復雜，實驗的可重復性受到限制?？焖傺趸ㄊ侵苯映练e金屬釩膜，然后經(jīng)過快速氧化熱處理制備具有相變特性的二氧化釩薄膜，這種方法不僅調(diào)控參數(shù)少，工藝簡單，而且采用快速熱處理設(shè)備，使得工藝周期大大減少，所制備的薄膜具有很好的熱致相變特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對二氧化釩的極不穩(wěn)定性，并針對在制備具有相變特性的二氧化釩薄膜一般制備方法的調(diào)控參數(shù)多、工藝復雜、實驗可控性較差的缺點，提供一種采用快速熱氧化法制備具有相變特性的二氧化釩薄膜的新方法。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，具有如下步驟(I)將硅片切割成規(guī)格小硅片，浸泡于無水乙醇溶液中，采用標準的硅片清洗工藝，超聲波清洗，再用去離子水清洗，烘干；(2)將步驟(I)烘干后的小硅片作為制備薄膜的基片，放入超高真空對靶磁控濺射鍍膜機基片架上；靶材選用純度為99. 99%的金屬釩靶，工作氣體為氬氣，濺射前將真空室的本體真空抽至2. 5X10_4Pa，氬氣流量為50SCCm，工作壓強為2. OPa ;首先進行預濺射以清除靶材表面的污物，濺射功率165w，隨后在基片上濺射金屬釩薄膜，濺射時間為10-30分鐘，薄膜厚度為100-300nm ；(3)采用快速熱處理設(shè)備對步驟(2)的金屬釩薄膜進行快速熱氧化；快速熱氧化溫度為430°C -500°C，快速熱氧化時間為30s-90s，保溫時間即為快速熱氧化時間；快速熱氧化過程中，升溫速度為50°C /s，降溫時間在3分鐘以內(nèi)；工作氣體為高純氧氣或者氮氧混合氣體，升溫和降溫時的氣體流量為lOslpm，保溫時氣體流量為3slpm ；(4)測量制品在20°C -80°c范圍內(nèi)的電阻-溫度特性。
所述步驟(I)的超聲波清洗時間為15-20分鐘。所述步驟(2 )的超高真空對靶磁控濺鍍膜機為DPS- III型。所述步驟(2)的氬氣純度為99. 999%。所述步驟(3)采用的快速熱處理設(shè)備為Allwin21corp. USA公司生產(chǎn)的AG610型快速熱處理設(shè)備。所述步驟(3)的高純氧氣的質(zhì)量純度為99. 999%，氮氧混合氣體的比例為1:1。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種采用快速熱氧化法、調(diào)控參數(shù)少、工藝簡單、制備時間和周期大大減少的具有相變特性的二氧化釩薄膜的新方 法。本發(fā)明對于濺射時間為10-30min的金屬釩薄膜，快速熱氧化溫度430°C _500°C，快速熱氧化時間30s-90s (保溫時間)可獲得熱致相變特性。本發(fā)明可重復性高，適用于大面積生產(chǎn)。


圖I是實施例I的電阻-溫度曲線圖；圖2是實施例2的電阻-溫度曲線圖；圖3是實施例3的電阻-溫度曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。實施例I(I)將硅片切割成尺寸為2cmX2cm的小硅片，浸泡于無水乙醇溶液中，采用標準的硅片清洗工藝，超聲波清洗，再用去離子水清洗，烘干；(2)將步驟(I)中清洗好的樣片置于DPS-III型超高真空對靶磁控濺射鍍膜機真空室中，將本體真空抽2. 5 X KT4Pa ;通入純度為99. 999%的氬氣，氬氣流量為50sccm，調(diào)節(jié)工作壓強至2. OPa ;首先進行預濺射以清除靶材表面的污物，濺射功率165w，預濺射后開始沉積金屬釩膜，濺射時間為IOmin ；(3)將步驟(2)的金屬I凡薄膜放進Allwin21corp. USA公司生產(chǎn)的AG610型快速熱處理設(shè)備中，快速熱氧化溫度為430°C，快速熱氧化時間為90s ;升溫速率為50°C /s ;工作氣體為氧氣(質(zhì)量純度為99. 999%)，升溫和降溫氣體流量均為IOslpm，保溫時氣體流量為3slpm ；(4)步驟(3)制得的二氧化釩薄膜在溫度為20°C條件下，測量的薄膜方塊電阻為139. 4KQ/ □，在溫度為80°C條件下，測量的薄膜方塊電阻為3. 2K Q / □，二氧化釩薄膜的電阻溫度系數(shù)為-I. 62 X IO-2K'實施例I的電阻-溫度曲線如圖I所示，由圖I可以看出，所制備的二氧化釩薄膜具有相變特性。實施例2操作步驟與實施例I相同，步驟⑵的工藝條件為濺射時間IOmin ;步驟(3)的快速熱氧化過程中工作氣體為氧氣，快速熱氧化溫度470°C,快速熱氧化時間30s ；實施例2制得的二氧化釩薄膜在溫度為20°C的條件下，測量的方塊電阻為197. 2K Q / 口，在溫度為80°C的條件下，測量的薄膜方塊電阻為3. 4K Q / 口，二氧化釩薄膜的電阻溫度系數(shù)為-I. 63 X KT2K'實施例2的電阻-溫度曲線如圖2所示，由圖2可以看出，所制備的二氧化釩薄膜具有相變特性。實施例3操作步驟與實施例I相同，步驟⑵的工藝條件為濺射時間30min ;步驟(3)的快速熱氧化過程中工作氣體為氧氣，快速熱氧化溫度500°C,快速熱氧化時間40s ；實施例3制得的二氧化釩薄膜在溫度為20°C的條件下，測量的方塊電阻為為225. 8K Q / 口，在溫度為80°C的條件下，測量的薄膜方塊電阻為0. 53K Q / 口，二氧化釩薄膜的電阻溫度系數(shù)為-I. 66 X IO-2K'實施例3的電阻-溫度曲線如圖3所示，由圖3可以看出，所制備的二氧化釩薄膜 具有相變特性。實施例4操作步驟與實施例I相同，步驟⑵的工藝條件為濺射時間15min ;步驟(3)的快速熱氧化過程中工作氣體為氧氣，快速熱氧化溫度480°C,快速熱氧化時間33s ；實施例4制得的二氧化釩薄膜在溫度為20°C的條件下，測量的方塊電阻為為170. 2KQ/ □，在溫度為80°C的條件下，測量的薄膜方塊電阻為I. 5KQ/ □，薄膜的電阻溫度系數(shù)為-1.65X10^0實施例5操作步驟與實施例I相同，步驟⑵的工藝條件為濺射時間IOmin ;步驟(3)的快速熱氧化過程中工作氣體為氮氧混合氣體，比例為1:1，快速熱氧化溫度為470°C,快速熱氧化時間為50s。實施例5制得的氧化釩薄膜在溫度為20 °C的條件下，測量的方塊電阻為為218. 8KQ/ □，在溫度為80°C的條件下，測量的薄膜方塊電阻為5. 7KQ/ □，二氧化釩薄膜的電阻溫度系數(shù)為-I. 62 X KT2K'
權(quán)利要求
1.一種快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，具有如下步驟 (1)將硅片切割成規(guī)格小硅片，浸泡于無水乙醇溶液中，采用標準的硅片清洗工藝，超聲波清洗，再用去離子水清洗，烘干； (2)將步驟(I)烘干后的小硅片作為制備薄膜的基片，放入超高真空對靶磁控濺射鍍膜機基片架上；靶材選用純度為99. 99%的金屬釩靶，工作氣體為氬氣，濺射前將真空室的本體真空抽至2. 5 X 10_4Pa，氬氣流量為50SCCm，工作壓強為2. OPa ；首先進行預濺射以清除靶材表面的污物，濺射功率165w，隨后在基片上濺射金屬釩薄膜，濺射時間為10-30分鐘，薄膜厚度為100-300nm ； (3)采用快速熱處理設(shè)備對步驟(2)的金屬釩薄膜進行快速熱氧化；快速熱氧化溫度為430°C -500°C，快速熱氧化時間為30s-90s，保溫時間即為快速熱氧化時間；快速熱氧化過程中，升溫速度為50°C /s，降溫時間在3分鐘以內(nèi)；工作氣體為高純氧氣或者氮氧混合氣體，升溫和降溫時的氣體流量為IOslpm，保溫時氣體流量為3slpm ； (4)測量制品在20°C_80°C范圍內(nèi)的電阻-溫度特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，其特征在于，所述步驟(I)的超聲波清洗時間為15-20分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，其特征在于，所述步驟(2)的超高真空對靶磁控濺鍍膜機為DPS- III型。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，其特征在于，所述步驟(2)的氬氣純度為99. 999%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，其特征在于，所述步驟(3)采用的快速熱處理設(shè)備為Allwin21corp. USA公司生產(chǎn)的AG610型快速熱處理設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，其特征在于，所述步驟(3)的高純氧氣的質(zhì)量純度為99. 999%，氮氧混合氣體的比例為1:1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速熱氧化方法制備的相變二氧化釩薄膜，目的是克服在制備具有相變特性的二氧化釩薄膜的現(xiàn)有制備方法的調(diào)控參數(shù)多、工藝復雜、實驗可控性較差的缺點。本發(fā)明對于濺射時間為10-30min的金屬釩薄膜，快速熱氧化溫度430℃-500℃，快速熱氧化時間30s-90s(保溫時間)可獲得熱致相變特性；快速熱氧化過程中，升溫速度為50℃/s，降溫時間在3分鐘以內(nèi)，工作氣體為高純氧氣或者氮氧混合氣體。本發(fā)明可重復性高，適用于大面積生產(chǎn)。
文檔編號C23C14/35GK102732847SQ20121020150
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者后順保, 呂志軍, 武斌, 胡明, 高旺 申請人:天津大學