[發(fā)明專利]一種高電阻溫度系數(shù)二氧化釩薄膜及其低溫沉積方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611000544.3
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN108070835B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹遜;金平實;孫光耀;李榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種高電阻溫度系數(shù)二氧化釩薄膜及其低溫沉積方法，所述薄膜由通過磁控濺射依次形成在襯底上的三氧化二釩籽晶層以及摻雜二氧化釩薄膜層構(gòu)成，所述摻雜二氧化釩薄膜層的化學(xué)組成為W_xTi_yV_1?x?yO₂，其中0＜x＜0.1，0＜y＜0.2，x：y=（0.1～0.5）：1。本發(fā)明制備的二氧化釩薄膜結(jié)晶質(zhì)量高，完全無雜相，且具有較高的電阻溫度系數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及探測器及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高電阻溫度系數(shù)二氧化釩薄膜以及在低溫條件下制備出高電阻溫度系數(shù)二氧化釩薄膜的方法，可用于非制冷紅外探測器、傳感器等基于熱敏原理的敏感薄膜材料的制備技術(shù)。

背景技術(shù)

氧化釩薄膜作為熱敏薄膜具有響應(yīng)率高、電阻溫度系數(shù)高、良好的MENS工藝兼容性以及集成電路工藝兼容性等優(yōu)點，因此、氧化釩薄膜作為熱敏薄膜被廣泛應(yīng)用于制備探測性能優(yōu)異的微測輻射熱計型非制冷焦平面陣列和相應(yīng)的非制冷紅外探測器(韋良忠，朱汪龍、劉燕、陳黎明，一種高電阻溫度系數(shù)氧化釩薄膜制備方法，專利公告授權(quán)號：CN103882389B)。基于氧化釩敏感薄膜的器件中，氧化釩薄膜的電阻溫度系數(shù)(TCR)是影響器件最終性能指標(biāo)的重要參數(shù)。以非制冷焦平面陣列紅外探測器為例，熱敏薄膜的TCR越高，則其噪聲等效溫差(NETD)越小，探測器越靈敏。另外，氧化釩薄膜的制備溫度也很重要，為了保證氧化釩薄膜與器件的兼容性，制備溫度不可以太高，通常需要在350℃以下，這樣才能保證器件聚酰亞胺(PI)層不被破壞。氧化釩的方塊電阻同樣很重要，需要在一個合適的范圍內(nèi)(一般室溫在10KΩ～200KΩ)，方塊電阻過高會增大器件功耗，方塊電阻過小會降低器件響應(yīng)率。

作為重要的氧化物半導(dǎo)體材料，氧化釩隨著氧含量的不同具有多達13種可穩(wěn)定的相，而不同相的氧化釩都具有不同的相變特性和相變溫度，性質(zhì)差別很大。這就使得氧化釩薄膜的制備成為熱敏器件研制的難點，因為相的多而復(fù)雜，必然會導(dǎo)致混合氧化釩薄膜組分的控制難度大，從而影響器件的穩(wěn)定性。二氧化釩薄膜具有熔點高、相變溫度接近室溫、穩(wěn)定性好等特點，但由于其存在熱滯回線，使得其熱敏特性在相變區(qū)域不可用，因此，如果能制備出純相二氧化釩薄膜，同時消除熱滯，充分利用相變區(qū)域附近電阻超高敏感特性，可望獲得高電阻溫度系數(shù)、高穩(wěn)定的VO₂純相薄膜，將顯著提高器件的探測性能和穩(wěn)定性。

目前制備氧化釩熱敏薄膜的方法主要有：溶膠-凝膠(sol-gel)法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、離子束濺射沉積法、反應(yīng)磁控濺射法等。其中sol-gel法成本雖低，但與MENS工藝兼容性差，不適于批量制造非制冷焦平面陣列工藝。CVD法必須使用含釩離子的有機氣源，這將顯著增加薄膜制造成本。離子束濺射沉積法則需要輔助離子源，如果要在大尺寸基片上沉積均勻的氧化釩薄膜，則需要離子束分布均勻、束斑直徑大的離子源，目前制造這種離子源的成本很高。反應(yīng)磁控濺射是目前用于制備氧化釩熱敏薄膜的最普遍的方法之一，但這種方法由于使用金屬作為靶材，可控性和重復(fù)穩(wěn)定性不高。

氧化釩多晶薄膜相圖復(fù)雜，故VO₂薄膜制備過程易產(chǎn)生雜相，并具有熱滯回線。研究開發(fā)與器件兼容的低溫工藝，并且獲得穩(wěn)定性好，重復(fù)性高，均勻性良好的高電阻溫度系數(shù)氧化釩薄膜是當(dāng)前氧化釩薄膜在器件方面大批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在低溫條件下制備出的高電阻溫度系數(shù)二氧化釩薄膜及其制備方法，采用該方法能制備出穩(wěn)定性好，重復(fù)性高，均勻性良好的高電阻溫度系數(shù)二氧化釩純相薄膜，制備溫度低且與MENS工藝和集成電路工藝兼容性良好，適合二氧化釩熱敏薄膜器件的批量生產(chǎn)。