[發明專利]在金屬基底上制備具有相變特性納米二氧化釩薄膜的方法

無效

• 申請號: 201110080653.1
• 申請日: 2011-03-31
• 公開（公告）號: CN102181827A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 梁繼然;胡明;后順保
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/35;C23C14/58;C23C28/00;C23C16/40;C23C14/18;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明是關于二氧化釩納米薄膜的，具體涉及一種在金屬基底表面制備具有相變特性的二氧化釩納米薄膜的方法。

背景技術

自從1959年F.J.Morin首次發現VO₂的熱致相變特性以來，一直是相關領域研究熱點之一。隨著對氧化釩性質研究的逐漸深入，發現氧化釩具有13種不同的氧化物相，可以和氧結合形成多種氧化物，這些氧化物的晶格結構和空間排列各不相同，其中至少有8種氧化釩具有從低溫半導體相到高溫金屬相的轉換特性，轉換溫度約在-147～68℃處，其中二氧化釩(VO₂)因其轉化溫度在室溫附近而最具有吸引力。特別是近年來氧化釩薄膜材料的研究不僅克服了塊狀氧化釩材料伴隨著相轉換出現的體積變化導致的開裂現象及制備成本高的缺點，而且由于可以和半導體技術、微電子機械系統(MEMS)技術相結合制作出各種體積微小、工藝兼容、價格低廉的電學和光學開關器件、光存儲器、傳感器、固態電池陰極等，極大地拓展了二氧化釩薄膜在電子學、光學方面的應用范圍。

在二氧化釩薄膜的應用過程中，金屬通常作為器件的電極出現，器件結構中存在金屬和二氧化釩薄膜界面，金屬電極是影響薄膜相變特性的重要因素，如何把二氧化釩薄膜制作在金屬電極上，使其仍具有很好的相變特性成為了研究的重要內容。

發明內容

本發明的目的是提供一種在金屬基底表面制備具有相變特性二氧化釩納米薄膜的方法，采用該方法制備的二氧化釩納米薄膜具有良好的相變特性。

本發明通過以下技術方案予以實現，工藝步驟如下：

(1)硅基片表面清洗，采用標準半導體清洗工藝；

(2)采用等離子體增強化學氣相沉積方法在硅基片上生長二氧化硅薄膜；

(3)采用磁控濺射方法，在上述二氧化硅/硅基片上沉積金屬薄膜；

(4)采用射頻磁控濺射方法在金屬表面制備氧化釩薄膜，工藝條件為：本底真空度為(2-3)×10^-4Pa，濺射時的工作氣壓為1-2Pa，所用功率為180W，濺射時間3-8分鐘，Ar、O₂氣體流量分別為20和0.4SCCM；

(5)將制得的氧化釩/金屬/二氧化硅/硅多層薄膜結構置于管式退火爐中進行熱處理，熱處理溫度為400-500℃，退火時間為1-2小時，從而得到性能良好的具有相變特性的二氧化釩薄膜。

所述步驟(1)對硅基片表面清洗采用標準半導體清洗工藝。

所述步驟(3)在二氧化硅/硅基片上沉積的金屬薄膜，為金屬TiN底電極、金屬Ti底電極或者金屬NiCr底電極。

所述步驟(5)的熱處理溫度為440℃，退火時間為1.5小時。

本發明的有益效果為：

提供了一種在金屬基底表面制備具有良好相變特性的二氧化釩納米薄膜的方法。

(1)本發明的金屬基底上二氧化釩薄膜的制備工藝可與MEMS工藝兼容，制備過程可控性能高，薄膜性能穩定。

(2)由本發明在金屬/二氧化硅/硅基片上制備的具有相變特性二氧化釩納米薄膜的相電阻值躍變幅度接近2個數量級，金屬態與半導體態區別明顯，相變過程連續可逆，可用于對其他微結構進行調控。

附圖說明

圖1為本發明硅基金屬基底的結構示意圖；

圖2為本發明金屬/硅基底二氧化釩薄膜的結構示意圖；

圖3為實施例1的TiN基底上二氧化釩薄膜的電阻隨溫度變化的曲線圖；

圖4為實施例2的Ti基底上二氧化釩薄膜的電阻隨溫度變化的曲線圖；

圖5為實施例3的NiCr合金基底上二氧化釩薄膜的電阻隨溫度變化的曲線圖；

圖6為實施例1所制得的二氧化釩薄膜的XRD圖。

圖1和2中的附圖標記如下：

1——硅基底????????2——二氧化硅層????????3——金屬層

4——二氧化釩薄膜層

具體實施方式

本發明所用化學原料均采用分析純原料，具體實施例如下。

實施例1