一種無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，屬于薄膜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體包括以下步驟：首先清洗基片，吹干后備用；然后，將清洗后的基片放入真空腔室內(nèi)，以V-Ti合金靶或鑲嵌有鈦的釩靶作為濺射靶材，在氧氣和氬氣混合氣體氣氛下、小于200℃溫度下，在基片上濺射厚度為100～120nm的薄膜；最后，將上述帶薄膜的基片置于真空環(huán)境中，在氧氣和氬氣的混合氣體氣氛下、300～450℃溫度下退火處理，退火處理完后，自然冷卻至室溫，得到所述摻鈦的氧化釩薄膜。本發(fā)明方法能制備出電阻溫度系數(shù)高、室溫附近無相變的摻鈦氧化釩薄膜，且工藝簡單，工藝可控性好，并與MEMS工藝和集成電路兼容性良好。
【專利說明】—種無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化釩薄膜由于具有高的電阻溫度系數(shù)、較低的噪聲系數(shù)和良好的MEMS工藝兼容性和集成電路工藝兼容性等優(yōu)點，成為了制備探測性能優(yōu)異的微測輻射熱計型非制冷焦平面陣列熱敏薄膜的核心材料之一。作為熱敏材料，氧化釩薄膜的電阻溫度系數(shù)(TCR)是影響器件性能指標(biāo)的重要參數(shù)，熱敏薄膜的TCR越高，其噪聲等效溫差(NETD)越小，探測器越靈敏。因此，制備高電阻溫度系數(shù)的氧化釩薄膜成為了研究工作者的重點研究對象。
[0003]氧化釩薄膜在制備過程中，釩作為一種過渡金屬元素，具有半填滿的d電子殼層，但釩發(fā)生氧化反應(yīng)時能夠以V2+、V3+、V4+、V5+等多種價態(tài)與氧相結(jié)合，形成諸如vo、vo2、v2o3、V2O5以及VnO2lri (Magneli相)和V2n05n_2 (Wadsley相)等釩的氧化物，得到的薄膜是含有多種釩氧化物的混合相氧化釩薄膜，這種混合相氧化釩薄膜具有無相變、較低電阻率的特點，但是其電阻溫度系數(shù)較低，為-2% /K~-2.5% /K，限制了氧化釩薄膜作為熱敏材料的應(yīng)用。
[0004]摻雜可以改善氧化釩薄膜的電學(xué)性能，降低薄膜的方阻值，提高薄膜的電阻溫度系數(shù)°Jing Du 等(Jing Du, Yangfeng Gao, Hongjie Luo, Litao Kang, Zongtao Zhang, ZhangChen, Chuanxiang Ca0.Significant changes in phase-transit1n hysteresisfor Ti—doped V02films prepared by polymer-assisted deposit1n.Solar EnergyMaterials&Solar Cells 95 (2011) 469-475)米用聚合物輔助沉積法制備了摻鈦的氧化鑰；薄膜(V1-JixO2, X = 0-0.167)，當(dāng)X = 0.091時，滯豫區(qū)間可以從38.2°C減小到3.5°C，但是該方法的制備時間長，不能準(zhǔn)確控制摻雜比例，電阻溫度系數(shù)并沒有提高，且相變溫度提高了 16.8°C，不利于在探測器中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，該方法能制備出電阻溫度系數(shù)高、室溫附近無相變的摻鈦氧化釩薄膜，且工藝簡單，工藝可控性好，并與MEMS工藝和集成電路兼容性良好。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:清洗基片，吹干后備用；
[0009]步驟2:將清洗后的基片放入真空腔室內(nèi)，以V-Ti合金靶或鑲嵌有鈦的釩靶作為濺射靶材，在氧氣和氬氣混合氣體氣氛下、小于200°C溫度下，在基片上濺射厚度為100~120nm的薄膜；
[0010]步驟3:將步驟2得到的帶薄膜的基片置于真空環(huán)境中，在氧氣和氬氣的混合氣氛下、300~450°C溫度下退火處理，退火處理完后，自然冷卻至室溫，得到所述摻鈦的氧化釩薄膜。
[0011]其中，步驟2中所述V-Ti合金靶中鈦的含量為5~8%。
[0012]其中，步驟2中所述的鑲嵌有鈦的釩靶的制作過程為:在純度為99.9%以上的釩靶材上制作可鑲嵌的槽，在可鑲嵌的槽中鑲嵌純度為99.9%以上的鈦塊，以覆蓋釩靶上的槽，得到所述鑲嵌有鈦的釩靶。
[0013]進一步地，步驟2中所述的鑲嵌有鈦的釩靶中的鈦覆蓋率為4.5~9.5%，鈦覆蓋率為釩靶上鈦塊覆蓋的總面積與釩靶總面積的比。
[0014]其中，步驟I的具體過程為:首先將切割好的基片用洗潔劑清洗，以去除基片上的油潰和汗?jié)?；再將基片放入丙酮溶液中超聲清?5~20分鐘，以去除基片上殘留的油潰、汗?jié)⒑拖礉崉?；然后在無水乙醇溶液超聲清洗15~20分鐘；最后在去離子水中超聲清洗15~20分鐘，最后用氮氣將基片吹干。
[0015]其中，步驟2中所述的真空腔室內(nèi)的真空度為2X10_3Pa以下，所述氧氣和氬氣的流量比為1:25~35，所述氧氣和氬氣以體積百分比計純度均不低于99.9%。
[0016]步驟2中所述的在基片上濺射采用的是磁控濺射的方法，濺射的工作氣壓為
0.8~IPa，濺射時間為25~35分鐘。
[0017]其中，步驟3中所述的真空環(huán)境為真空度為3.6Pa以下，所述氧氣和氬氣的流量比為1:12~20，所述氧氣和氬氣以體積百分比計純度均不低于99.9 %，所述退火的時間為30 ~90mino
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019]1、本發(fā)明采用V-Ti合金靶或鑲嵌有鈦的釩靶濺射摻鈦的氧化釩薄膜，相比傳統(tǒng)的雙靶濺射的方法，本發(fā)明方法可以較精確地控制摻雜鈦的含量，簡化操作步驟。
[0020]2、采用本發(fā)明方法制備得到的摻鈦的氧化釩薄膜的TCR高達(dá)-4% /K~-5% /K ;且由于在氧化釩薄膜中摻雜含量較高的鈦，以抑制氧化釩的室溫相變，可實現(xiàn)在室溫下無相變，是一種性能優(yōu)良的熱敏薄膜。
[0021]3、本發(fā)明提供的薄膜的制備工藝與MEMS工藝和讀出電路制造工藝兼容性好，適用于大批量基于氧化釩熱敏薄膜的器件的制造，包括非制冷紅外探測器、THz探測器和陣列式傳感器等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例1制備得到的摻鈦氧化釩薄膜的電阻溫度特性曲線。
[0023]圖2為本發(fā)明實施例2制備得到的摻鈦氧化釩薄膜的電阻溫度特性曲線。

【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明所提供的方法適用于摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0025]步驟1:清洗基片，吹干后備用；
[0026]步驟2:將步驟I清洗后的基片置于濺射腔內(nèi)的樣品旋轉(zhuǎn)臺上，濺射腔室內(nèi)抽真空至2X10_3Pa以下，以鈦含量為5~8%的V-Ti合金靶或鈦覆蓋率為4.5~9.5%的鑲嵌有鈦的釩靶作為濺射靶材，在流量比為1:25~35的氧氣和氬氣的混合氣體氣氛下、小于200°C溫度下、工作氣壓為0.8~IPa，采用磁控濺射的方法濺射25~35分鐘，在基片上得到厚度為100~120nm的薄膜；
[0027]步驟3:將步驟2得到的帶薄膜的基片置于3.6Pa以下的真空環(huán)境中，在流量比為1:12~20的氧氣和氬氣的混合氣體氣氛下、300~450°C溫度下退火30~90min，停止通入氧氣和氬氣，自然冷卻至室溫，得到所述摻鈦的氧化釩薄膜。
[0028]實施例1
[0029]步驟1:基片的清洗:首先，將切割好的玻璃基片用洗潔劑清洗，以去除玻璃上的油潰和汗?jié)ⅲ辉賹⒉ＡХ湃氡芤褐谐暻逑?5分鐘，以去除玻璃上殘留的油潰、汗?jié)⒑拖礉崉?；然后在無水乙醇溶液超聲清洗15分鐘；最后在去離子水中超聲清洗15分鐘，并用氮氣將玻璃基片吹干；
[0030]步驟2:將步驟I清洗后的玻璃基片置于濺射腔內(nèi)的樣品旋轉(zhuǎn)臺上，濺射腔室內(nèi)抽真空至2 X10_3Pa，以鈦覆蓋率為8%的鑲嵌有鈦的釩靶為靶材，在基片溫度為100°C、壓強為8.4Pa，氬氣流量為78SCCm(毫升/分鐘)的氣氛中預(yù)濺射5min ;然后在玻璃基片上采用磁控濺射的方法濺射薄膜，濺射氣氛為流量比為1:30的氧氣和氬氣(以體積百分比計純度均為99.9% )的混合氣，工作氣壓為0.8 Pa，濺射時間為25分鐘；
[0031]步驟3:將步驟2得到的帶薄膜的基片置于3.6Pa的真空環(huán)境下，在流量比為1:12的氧氣和氬氣(以體積百分比計純度均為99.9% )的混合氣氛下、350°C溫度下退火30min，停止通入氧氣和氬氣，自然冷卻至室溫，得到所述摻鈦的氧化釩薄膜。
[0032]其中，步驟2中所述的鈦覆蓋率為8%的鑲嵌有鈦的釩靶的制作過程為:在大小為Φ80mmX4臟、純度為99.9%的圓形釩靶上制作4個大小為1mmX 1mmX 2mm的可鑲嵌的方塊槽，然后在可鑲嵌的方塊槽內(nèi)鑲嵌純度為99.9%的鈦塊。
[0033]圖1為本發(fā)明實施例1制備得到的摻鈦的氧化釩薄膜的電阻溫度特性曲線。由圖1可知，實施例1得到的摻鈦的氧化釩薄膜在室溫附近無相變，薄膜的電阻溫度系數(shù)高達(dá)-4.43% /K。
[0034]實施例2
[0035]步驟1:基片的清洗:首先，將切割好的玻璃基片用洗潔劑清洗，以去除玻璃上的油潰和汗?jié)?；再將玻璃放入丙酮溶液中超聲清?0分鐘，以去除玻璃上殘留的油潰、汗?jié)⒑拖礉崉?；然后在無水乙醇溶液超聲清洗20分鐘；最后在去離子水中超聲清洗20分鐘，并用氮氣將玻璃基片吹干。
[0036]步驟2:將步驟I清洗后的玻璃基片置于濺射腔內(nèi)的樣品旋轉(zhuǎn)臺上，濺射腔室內(nèi)抽真空至2X10_3Pa，以鈦覆蓋率為6%的鑲嵌有鈦的釩靶為靶材，在基片溫度為100°C、壓強為8.4Pa，氬氣流量為78SCCm(毫升/分鐘)的氣氛中預(yù)濺射5min ;然后在玻璃基片上采用磁控濺射的方法濺射薄膜，濺射氣氛為流量比為1:30的氧氣和氬氣(以體積百分比計純度均為99.9% )的混合氣，工作氣壓為0.8Pa，濺射時間為25分鐘；
[0037]步驟3:將步驟2得到的帶薄膜的基片置于3.6Pa的真空環(huán)境中，在流量比為1:12的氧氣和氬氣(以體積百分比計純度均為99.9% )的混合氣氛下、400°C溫度下退火60min，停止通入氧氣和氬氣，自然冷卻至室溫，得到所述摻鈦的氧化釩薄膜。
[0038]步驟2中所述的鈦覆蓋率為6%的鑲嵌有鈦的釩靶的制作過程為:在大小為0 80mmX4mm、純度為99.9%的圓形釩靶上制作3個大小為1mmX 1mmX 2mm的可鑲嵌的方塊槽，然后在可鑲嵌的方塊槽內(nèi)鑲嵌純度為99.9%的鈦塊。
[0039]圖2為本發(fā)明實施例2制備得到的摻鈦的氧化釩薄膜的電阻溫度特性曲線。由圖2可知，實施例2得到的摻鈦的氧化釩薄膜在室溫附近無相變，薄膜的電阻溫度系數(shù)高達(dá)- 4.62% /K。
【權(quán)利要求】
1.一種無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，包括以下步驟: 步驟1:清洗基片，吹干后備用； 步驟2:將清洗后的基片放入真空腔室內(nèi)，以V-Ti合金靶或鑲嵌有鈦的釩靶作為濺射靶材，在氧氣和氬氣混合氣體氣氛下、小于200°C溫度下，在基片上濺射厚度為100~120nm的薄膜； 步驟3:將步驟2得到的帶薄膜的基片置于真空環(huán)境中，在氧氣和氬氣的混合氣體氣氛下、300~450°C溫度下退火處理，退火處理完后，自然冷卻至室溫，得到所述摻鈦的氧化釩薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中所述V-Ti合金靶中鈦的含量為5~8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中所述的鑲嵌有鈦的釩靶的制作過程為:在純度為99.9%以上的釩靶材上制作可鑲嵌的槽，在可鑲嵌的槽中鑲嵌純度為99.9%以上的鈦塊，以覆蓋釩靶上的槽，得到所述鑲嵌有鈦的釩靶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中所述的鑲嵌有鈦的釩靶中的鈦覆蓋率為4.5~9.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中所述的真空腔室內(nèi)的真空度為2X10_3Pa以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中所述氧氣和氬氣的流量比為1:25~35，所述氧氣和氬氣以體積百分比計純度均不低于99.9%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中所述的在基片上濺射采用的是磁控濺射的方法，濺射的工作氣壓為0.8~IPa，濺射時間為25~35分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟3中所述的真空環(huán)境為真空度在3.6Pa以下，所述氧氣和氬氣的流量比為1:12~20，所述氧氣和氬氣以體積百分比計純度均不低于99.9%，所述退火的時間為30~90mino
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無相變高電阻溫度系數(shù)的摻鈦氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，步驟I的具體過程為:首先將切割好的基片用洗潔劑清洗，以去除基片上的油潰和汗?jié)?；再將基片放入丙酮溶液中超聲清?5~20分鐘，以去除基片上殘留的油潰、汗?jié)⒑拖礉崉?；然后在無水乙醇溶液超聲清洗15~20分鐘；最后在去離子水中超聲清洗15~20分鐘，最后用氮氣將基片吹干。
【文檔編號】C23C14/35GK104178738SQ201410401299
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】顧德恩, 郭瑞, 侯劍章, 王志輝, 孫戰(zhàn)紅, 蔣亞東 申請人:電子科技大學(xué)