[發(fā)明專利]一種二氧化釩薄膜制備方法

無效

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• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104032278A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 王少偉;劉星星;陸衛(wèi);俞立明;陳飛良;陳效雙
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: C23C14/58
• 分類號: C23C14/58;C23C16/56;C23C14/08;C23C16/40
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發(fā)明涉及功能材料領域，涉及一種二氧化釩薄膜制備方法，具體指金屬釩或低價釩氧化退火的二氧化釩薄膜制備方法。它用來制備10～300nm厚的二氧化釩薄膜。

技術背景

二氧化釩薄膜在68℃時會發(fā)生從半導體到金屬的相變，在二氧化釩薄膜相變過程中存在著光學、電學性質的突變及其熱滯特性，而且通過摻雜可以改變相變溫度，因此二氧化釩作為功能材料具有很高研究價值和廣泛應用價值。

二氧化釩薄膜在低溫時具有較高的紅外透過率，而在高溫具有很低的紅外透過率，因此利用這一特性，在玻璃等透明基底上沉積具有相變特性的二氧化釩薄膜，通過二氧化釩薄膜在不同溫度下對紅外光透過率的改變，自動調節(jié)紅外光的入射量，即可實現(xiàn)自動控制建筑物、汽車、航天器等內部溫度的目的。如果二氧化釩薄膜的相變溫度能降低至接近于室溫，那么就可以應用于建筑物窗戶玻璃涂層，也就是做成智能溫控材料，使得房內溫度有冬暖夏涼的效果。

二氧化釩薄膜的電學特性在相變溫度附近有幾個量級的大幅變化，是非常好的紅外敏感材料，非常適合作非致冷紅外探測器。除此之外二氧化釩還可以用光盤存儲材料、激光防護材料、光開關、電致變色材料、光致變色材料、紅外光調制材料等。

氧化釩有多種價態(tài)氧化物，但只有二氧化釩具有在室溫附近的相變特性，因此要利用室溫附近的相變光學、電學特性，就必須制備出以二氧化釩為主要成分的薄膜。二氧化釩薄膜可以通過反應磁控濺射、溶膠凝膠、離子束濺射、真空熱蒸發(fā)、脈沖激光沉積和化學氣象沉積等方法制備。溶膠凝膠制備二氧化釩薄膜的方法具有成本低，對系統(tǒng)要求低等優(yōu)點，但其成膜均勻性和厚度都不好控制。離子束濺射、真空熱蒸發(fā)和脈沖激光沉積等方法制備的二氧化釩薄膜成膜質量都很好，但是它們都無法應用于大面積鍍膜。目前大規(guī)模產業(yè)化鍍膜技術主要采用磁控濺射的方法，然而直接濺射氧化釩極其困難、難控制、難重復，并且直接磁控濺射制備二氧化釩的方法需要在鍍膜時對襯底加熱到400℃左右，這在現(xiàn)今大規(guī)模鍍膜線上還沒有實現(xiàn)。

本發(fā)明公開了一種簡便易行方法制備二氧化釩薄膜，重點在薄膜后退火氣氛控制上，可以實現(xiàn)二氧化釩薄膜的大規(guī)模制備，推進二氧化釩薄膜功能材料在各方面應用。雖然文獻(Xu?X?F,et?al.A?novel?sputtering?oxidation?coupling(SOC)method?to?fabricate?VO₂thin?film[J].Applied?Surface?Science,2010,256:2750–2753.)中報道在單晶藍寶石襯底上金屬釩氧化生成二氧化釩薄膜的制備工藝，但是這種工藝是直接在大氣中退火，并沒有控制退火氣氛，容易過氧化形成五氧化二釩或氧化不足形成低價釩氧化物，其重復性差、難度大。本發(fā)明公開的二氧化釩薄膜制備工藝是通過金屬釩氧化結合控制退火氣氛來實現(xiàn)的，可以在非晶玻璃上生長出大面積性能優(yōu)異的二氧化釩薄膜，適合于產業(yè)化生產。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出了一種通過金屬釩或者低價釩氧化退火的方法制備二氧化釩薄膜，具體是指通過金屬釩薄膜或者低價釩氧化物薄膜在高溫下氧化生成有相變的二氧化釩薄膜。通過此種方法，可以實現(xiàn)有相變二氧化釩薄膜的大規(guī)模制備，所制備二氧化釩薄膜性能優(yōu)異，簡單易行，重復性好，工藝與產業(yè)化生產線接軌，適合于大規(guī)模生產。

本發(fā)明主要包括如下步驟：

1)在玻璃、石英、寶石或硅片襯底上通過磁控濺射、離子束濺射、化學氣相沉積、真空熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、激光脈沖沉積或溶膠凝膠的方法將金屬釩或低價釩薄膜制備在襯底上；

2)對制備好的金屬釩薄膜或者低價釩薄膜在真空條件下通氧退火得到有相變的二氧化釩薄膜；具體通氧退火參數為：氧氣是氧分壓在2～11000Pa，退火溫度是300～650℃，時間為5～400min。

所述的低價釩為一氧化釩、三氧化二釩、低于和等于四價的釩氧化物相的混合物，或上述的摻雜有4％以下W、Mo、AI、Ti、Nb、Ta或F元素的混合物。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：該工藝方法與大規(guī)模鍍膜玻璃生產線工藝兼容，鍍膜時襯底不需要加熱，可以在非晶玻璃上生長性能良好的二氧化釩薄膜。

附圖說明

附圖1為實施例1中玻璃襯底上所制備二氧化釩薄膜的SEM照片。

附圖2為實施例1中玻璃襯底上所制備二氧化釩薄膜的X射線衍射圖譜。

附圖3為實施例1中玻璃襯底上二氧化釩薄膜室溫和高溫透射光譜。

附圖4為實施例2中玻璃襯底上所制備二氧化釩薄膜的SEM照片。