[發(fā)明專利]自支撐VO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110459285.5
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113388812B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬赫;張新平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/28;C23C14/35;C23C14/58;G02F1/00;G01B21/32
• 代理公司: 北京華進京聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 王勤思

本發(fā)明涉及一種自支撐VO₂薄膜及其制備方法和應用，所述自支撐VO₂薄膜的制備方法，包括以下步驟：在基底上形成VO₂薄膜，所述VO₂薄膜厚度為20nm及以上，所述VO₂薄膜具有多個納米孔洞，單位面積內(nèi)所述納米孔洞個數(shù)為1個/μm²～3個/μm²，所述VO₂薄膜中面積為500nm²～2500nm²的所述納米孔洞的占比為90％及以上；以及采用刻蝕液將所述基底刻蝕。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自支撐VO₂薄膜及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

近年來，隨著可穿戴設(shè)備的流行，柔性光電子器件越來越多地受到人們關(guān)注。由于具有豐富的功能性，金屬氧化物成為構(gòu)建柔性光電子器件的基石。在眾多氧化物中，二氧化釩(VO₂)以其獨特的金屬-絕緣體相變特性，在柔性光電子器件中發(fā)揮著獨特作用。熱驅(qū)動下，VO₂在68℃附近經(jīng)歷金屬-絕緣體的一級相變。伴隨相變，VO₂的晶體結(jié)構(gòu)和物理特性，如能帶、熱導率、電導率、折射率等都會發(fā)生劇變。作為一種性能優(yōu)異的相變材料，VO₂被廣泛應用于柔性光調(diào)制器、柔性應變傳感器以及柔性驅(qū)動器等領(lǐng)域。

VO₂柔性器件可以利用單晶VO₂納米線、VO₂粉體和VO₂薄膜構(gòu)建。因其具有結(jié)晶性好、熱容極小等優(yōu)異特性，VO₂納米線柔性器件如應變傳感器、驅(qū)動器等均展現(xiàn)出十分優(yōu)異的性能，如靈敏度高、響應速度快、功耗低等。但是，由于器件制備均一化和批量化問題目前還沒有被解決，所以VO₂納米線柔性器件尚無法投入實際應用。VO₂粉體制備工藝成熟且易于與有機物混合制成柔性薄膜。但是，由于VO₂粉體很難兼容硅基微加工工藝，所以不適合制備微納器件。VO₂多晶薄膜可利用磁控濺射等低成本方法大量制備。相比于納米線和粉體，VO₂多晶薄膜與硅基微加工工藝兼容性好，適于批量化制備微納器件。VO₂多晶薄膜還易于與其它材料集成，一方面，可充分發(fā)揮不同材料特性，實現(xiàn)高性能器件；另一方面，通過集成，也可以構(gòu)建多功能、可調(diào)諧器件。

然而，VO₂多晶薄膜制備過程中需要高溫加熱(500℃左右)，而普通柔性基底一般無法耐受這種高溫，所以VO₂薄膜器件多構(gòu)筑于SiO₂、Al₂O₃等傳統(tǒng)硬質(zhì)基底上，但是這會嚴重影響VO₂薄膜器件的柔性。為了解決這個問題，近年來研究人員也發(fā)展了多種方法，具體可分為兩類：

一類為“直接生長法”制備柔性VO₂薄膜。針對VO₂薄膜制備中的高溫問題，選擇較為耐高溫的柔性基底是一種解決策略。例如，Chen等人利用分子束外延法在云母基底上制備了柔性VO₂薄膜。他們利用機械剝離法剝離云母基底，從而獲得超薄VO₂薄膜。通過引入合適的過渡層降低VO₂薄膜制備溫度是另一種解決策略。例如，Jung等人通過引入TiO₂作為過渡層，在175℃下在聚酰亞胺(PI)薄膜上制備了VO₂薄膜。但是該VO₂薄膜結(jié)晶性很差導致其相變性能不佳。Chang等人通過在基底上引入Cr₂O₃層，將VO₂薄膜制備溫度降低到300℃以下，并以此為基礎(chǔ)在PI薄膜上成功制備了VO₂薄膜。