[發明專利]一種高電阻溫度系數氧化鎳鉻熱敏薄膜制備方法

在審

• 申請號: 201711180843.4
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108103459A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 王彬;李寧;宿杰;遲宗濤;蔡恩林;劉敬權
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 青島合創知識產權代理事務所(普通合伙) 37264
• 代理人: 莊樹杰

本發明涉及一種高電阻溫度系數氧化鎳鉻熱敏薄膜制備方法，可用于紅外探測、調制器、光開關等領域的氧化鎳鉻半導體薄膜及其制備：采用金屬鎳鉻合金靶材，使用磁控濺射方法，在有氮化硅緩沖層的單晶硅襯底上沉積得到Cr?Ni?O薄膜，再進行400℃以下的后退火處理，制備氧化鎳鉻半導體薄膜。本發明氧化鎳鉻薄膜具有室溫附近電阻溫度系數高達3.5％/K，制備兼容CMOS工藝，可應用于非致冷紅外探測器、光開關、智能玻璃等方面，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于電子信息材料與元器件領域，具體涉及一種新型高電阻溫度系數(TCR)氧化鎳鉻薄膜及制備方法。

背景技術

對于紅外探測領域常用的非致冷紅外探測器，熱敏薄膜材料需要有較高的電阻溫度系數。非致冷紅外探測器中的室溫附近高電阻溫度系數熱敏薄膜將吸收相應波段的光形成的熱量產生溫升，引起熱敏材料電阻發生變化從而使得外部電路能夠感知相應光波變化，達到紅外探測的目的。

非致冷紅外探測器最主要的優勢是它們能在室溫下運行而無須任何復雜昂貴的致冷設備。采用非致冷紅外探測器技術實現的紅外成像系統具有更小的尺寸、更低功耗和更長的持續時間。由于這些優點，非致冷紅外探測器廣泛應用于夜視、礦探、汽車、防火、工業控制等方面。

目前廣泛使用并商業化的高TCR熱敏材料包括：氧化釩(VOx)，非晶硅a-Si，多晶硅鍺(聚硅鍺)，釔鋇銅氧化物(YBaCuO)以及金屬薄膜等。其中，非晶硅、氧化釩的TCR大小一般低于2％K，金屬薄膜材料本身TCR較低，一般低于0.6％/K。

中國發明專利CN101066845A中氧化鎳鉻薄膜主要作為低輻射玻璃的阻擋層使用。中國發明專利CN105130208A中氧化鎳鉻薄膜主要作用是作為膜系中的一層“不僅保護銀膜層不被氧化，還因其具有很低的消光系數，對可見光吸收率低，可見光的透過率提高”。

發明內容

本發明的目的，是利用磁控濺射薄膜沉積技術，首次制備高電阻溫度系數氧化鎳鉻熱敏薄膜。提供一種新型高電阻溫度系數熱敏薄膜的制備方法，以保證氧化鎳鉻薄膜制備工藝過程與CMOS工藝的兼容性，得到合適電阻率的氧化鎳鉻薄膜材料，滿足高性能非致冷紅外探測器使用要求。

為達到上述目的，本發明提供了一種高電阻溫度系數氧化鎳薄膜制備方法，包括：

磁控濺射法制備氧化鎳鉻薄膜的具體過程如下：

步驟1：單晶硅襯底表面去污清洗；

步驟2：在單晶硅表面沉積或濺射一層絕緣層；

步驟3：上述材料裝入磁控濺射裝置真空室內，在絕緣層上濺射一層氧化鎳鉻薄膜；

步驟4：對沉積的薄膜樣品進行后退火處理。

上述方案中，步驟2中所述在單晶硅表面沉積或濺射的絕緣層為氮化硅薄膜。

上述方案中，步驟3中所述在氮化硅(Si3N4)薄膜上濺射一層氧化鎳鉻薄膜是采用直流磁控濺射法，具體工藝為：采用鎳鉻合金靶，初始真空度:5×10-5Pa，濺射功率200W，氧氣與氬氣氣體流量比為1:72，濺射總氣壓保持在5Pa，薄膜襯底溫度200℃，濺射時間20min。

上述方案中，步驟4中所述對所沉積的薄膜樣品進行后退火處理，退火工藝條件為：退火為氬氣氛圍，退火溫度300℃，退火時間60min，退火結束后在氬氣氛圍下冷卻至室溫。

本發明的有益效果在于：

1)本發明提供的制備高電阻溫度系數氧化鎳鉻薄膜方法，無需多層薄膜組合沉積，也無需高溫后退火處理即可獲得高薄膜電阻變化率的氧化鎳鉻薄膜。