[發(fā)明專利]一種采用低價(jià)釩種子層優(yōu)化氧化釩薄膜性能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810601870.2
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108588661B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳志明;張帆;姬春暉;向梓豪;楊仁輝
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58;C23C14/02
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 蔣秀清;李春芳

本發(fā)明公開了一種采用低價(jià)釩種子層優(yōu)化氧化釩薄膜性能的方法，涉及電子材料領(lǐng)域，所述方法采用磁控濺射技術(shù)，以金屬釩為靶材，以Al₂O₃為基底，在有氧環(huán)境下分兩次濺射，第一次濺射氧濃度低于第二次濺射，兩次濺射分別前后得到低價(jià)釩種子層和氧化釩薄膜，最后通過退火即得到采用低價(jià)釩種子層優(yōu)化的氧化釩薄膜。本發(fā)明所制備的具有低價(jià)釩種子層的氧化釩薄膜具有大的相變幅度，小的回線寬度，更接近室溫的相變溫度，進(jìn)而提高熱致開關(guān)調(diào)制類器件的靈敏度、穩(wěn)定性、可靠性以及應(yīng)用前景；另外，利用本發(fā)明制備相變氧化釩薄膜所需的退火溫度可以顯著降低，與MEMS工藝兼容性更好，可以適用于大批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子材料領(lǐng)域，具體涉及一種采用低價(jià)釩種子層優(yōu)化氧化釩薄膜性能的方法。

背景技術(shù)

1959年，位于美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Morin，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了某些釩的氧化物能夠具有十分特別的特性：在某一的溫度范圍內(nèi)，伴隨溫度的不斷升高，氧化釩發(fā)生從半導(dǎo)體到金屬性質(zhì)的突變，而且，在氧化釩材料內(nèi)部，晶體結(jié)構(gòu)還有向著對稱程度較低的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的趨勢。不同價(jià)態(tài)的釩氧化物具有不同的相變溫度，其中VO₂的相變溫度比較接近室溫在68℃附近，具有非常突出的相變特性。在相變前后，VO₂的物理性質(zhì)，如材料的電導(dǎo)率、光學(xué)折射率和光吸收、固體比熱以及其磁化率等等，發(fā)生可逆性突變。這些優(yōu)異的特性，使得VO₂能夠在諸多技術(shù)領(lǐng)域有著巨大的潛在的應(yīng)用價(jià)值，例如：智能窗、信息存儲、光調(diào)制器、太陽能電池、光電探測器等方面，從而引起了人們對它的研究興趣。為使氧化釩薄膜能夠有更好的應(yīng)用，氧化釩薄膜應(yīng)該具有更大的相變幅度，更小的回線寬度，更低的相變溫度和制備溫度。

目前有許多種方法可以制備氧化釩薄膜，如溶膠凝膠法，脈沖激光沉積，電子束蒸發(fā)，化學(xué)氣相沉積，磁控濺射法等；采用不同制備方法制備的氧化釩薄膜在微觀結(jié)構(gòu)，電學(xué)光學(xué)特性上都有較大的區(qū)別。由于磁控濺射制備的薄膜具有重復(fù)性好、附著力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)致密、厚度好控制、大面積上制備均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，所以我們采用磁控濺射法制備氧化釩薄膜。

但是在濺射時(shí)間較短、薄膜較薄時(shí)，氧化釩薄膜的結(jié)晶度會比較差，使得薄膜的性能不好，相變幅度小，如果可以在薄膜較薄的時(shí)候增大薄膜的相變幅度，可以大大增大氧化釩薄膜的應(yīng)用前景；更大的相變幅度，更小的回線寬度可以提高熱致開關(guān)調(diào)制類器件的靈敏度，穩(wěn)定性，可靠性；相變溫度更低，更接近于室溫，使其應(yīng)用更廣泛，如智能窗等方面。雖然緩沖層(Al₂O₃，ZnO，TiO₂等)對氧化釩薄膜性能的提高具有一些幫助，但這些緩沖層需要通過特殊和專門的手段制備，大大加大了工藝復(fù)雜程度，因此需要一種更簡單的方法來解決這些難題。另外，目前VO₂的沉積溫度一般大于400℃，或者退火溫度大于400℃才能制備出具有相變特性的氧化釩薄膜，氧化釩薄膜的制備溫度過高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種采用低價(jià)釩種子層優(yōu)化氧化釩薄膜性能的方法，以解決現(xiàn)有基于氧化釩薄膜薄膜制備技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜、薄膜性能差的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種采用低價(jià)釩種子層優(yōu)化氧化釩薄膜性能的方法，所述方法采用磁控濺射技術(shù)，以金屬釩為靶材，以Al₂O₃為基底，在有氧環(huán)境下分兩次濺射，第一次濺射氧濃度低于第二次濺射，兩次濺射分別前后得到低價(jià)釩種子層和氧化釩薄膜，最后通過退火即得到采用低價(jià)釩種子層優(yōu)化的氧化釩薄膜。

利用本發(fā)明所述方法制備的是雙層薄膜，種子層和氧化釩薄膜，其中種子層是一層低價(jià)釩氧混合薄膜，混合薄膜的成分可以通過第一次濺射時(shí)O₂的流量加以控制。

作為優(yōu)選地，具體包括如下步驟：