[發明專利]一種單晶二氧化釩薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201811583090.6
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109487338B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 徐曉峰;蒙奕帆;桑景新
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 黃志達

本發明涉及一種單晶二氧化釩薄膜的制備方法，包括：在c?Al₂O₃襯底上磁控濺射金屬釩薄膜；然后在空氣中進行氧化處理，自然冷卻，即得。本發明制備的二氧化釩薄膜在相變前后電阻率變化達4.6個數量級，并且薄膜結晶取向為(020)單晶取向。本發明提供了一種單晶二氧化釩薄膜的簡單制備方法，且能與其它半導體工藝相互兼容。

技術領域

本發明屬于二氧化釩薄膜材料的制備領域，特別涉及一種單晶二氧化釩薄膜的制備方法。

背景技術

VO₂薄膜是一種相變材料，它可以在約68℃的條件下實現超快的金屬-絕緣體相變。VO₂薄膜相變前后物理性質發生明顯的改變，其中VO₂薄膜相變前后的電阻能發生幾個數量級的變化。特別是，當結晶性較好的VO₂薄膜生長在c-Al₂O₃基片上時，其相變后的電阻率與相變前的電阻率之比可以超過4個數量級。這種大幅度的相變前后電阻率的改變不僅體現了VO₂薄膜良好的結晶性，而且還使得VO₂薄膜能成為下一代晶體管的開關器件，光學開關器件和存儲器件等器件的理想材料。

然而，對于c-Al₂O₃基片上外延生長的單晶VO₂薄膜，國內外所使用的方法多數為：脈沖激光沉積法，分子束外延法等昂貴的物理氣相沉積(PVD)儀器。此外，反應濺射法雖然同樣可以制備結晶性較好的VO₂薄膜，但是通常需要真空室基底達到500℃，且必須嚴格控制氬氣、氧氣的比例，還需要一個比較好的射頻電源，才能滿足這樣的薄膜制備，這一系列復雜而又精準的沉積條件給外延VO₂薄膜的制備又添加了無形且高昂的質量控制成本。

如現有文獻(康朝陽,張聰,程靜云,劉坤,李明,曹國華,et al.(2017).藍寶石襯底上vo_2薄膜的pld外延生長.真空科學與技術學報,37(6),623-627.)為在時間上相對而言較近的研究。該文所采用的是脈沖激光沉積法，具有以下缺點：1、脈沖激光沉積法具有設備昂貴、沉積面積極小的缺點，這種方法需要調節氧分壓，并且退火需要在真空中，溫度需要達到550℃，對真空設備和氣流設備要求較高。該方法制備出來的VO₂電阻變化超過4個數量級，約4.2個數量級左右。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種單晶二氧化釩薄膜的制備方法，克服現有技術制備方法條件苛刻、成本高等缺陷，該方法重復性高、對薄膜沉積和退火的儀器和設備要求低為單晶的VO₂薄膜的簡易制備方法。

本發明的一種單晶二氧化釩薄膜的制備方法，包括：

(1)在c-Al₂O₃襯底上磁控濺射金屬釩薄膜；

(2)將上述金屬釩薄膜在空氣中進行快速氧化處理，處理結束后在空氣中自然冷卻，即得單晶二氧化釩薄膜。

上述制備方法的優選方式如下：

所述步驟(1)中c-Al₂O₃襯底為在(0006)單晶取向的c-Al₂O₃基片，基片厚度為0.5mm。

襯底為：(0006)單晶取向的藍寶石(c-Al₂O₃)襯底。

所述步驟(1)中在極低濺射氬氣壓下使用直流磁控濺射鍍膜法在c-Al₂O₃基片上制備了電阻率0.5～0.8Ω·μm的金屬釩薄膜。

所述步驟(1)中磁控濺射為直流磁控濺射。