專利名稱：對向靶反應(yīng)磁控濺射制備氧化釩薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對向靶反應(yīng)磁控濺射制備氧化釩薄膜的方法，屬于氧化釩薄膜制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
自從1959年Morin發(fā)現(xiàn)氧化釩薄膜相變特性以來，對氧化釩薄膜的研究一直在不斷進(jìn)行。二氧化釩薄膜具有由低溫半導(dǎo)體相轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷亟饘傧嗟南嘧兲匦?，并伴隨著電阻率、磁化率、光透射率和反射率的突變，使其在微電子和光電子領(lǐng)域具有眾多的應(yīng)用。由于釩是多價金屬，可以和氧結(jié)合形成多種氧化物，特別是以VO2為基的氧化釩混合相多晶薄膜雖然不具有溫度相變特性，但是由于它在室溫附近具有極高的電阻溫度系數(shù)，能達(dá)到-2×10-2K-1以上，是一般金屬薄膜的5～10倍。因此以VO2為基的氧化釩混合相多晶薄膜是目前用來制作紅外探測和紅外成像器件熱敏電阻的理想材料。
目前濺射鍍膜是最常用的制備氧化釩薄膜的方法?，F(xiàn)有的反應(yīng)濺射工藝為了使沉積的氧化釩薄膜具有高TCR值和低的室溫電阻，不僅需要精確控制淀積薄膜的工藝參數(shù)，以形成適當(dāng)成分的氧化釩薄膜，而且需要在淀積薄膜之后在高溫下進(jìn)行長時間的熱退火，這不僅增加了工藝的難度，也降低了工藝的重復(fù)性。還有一種濺射制備氧化釩薄膜的方法是先沉積金屬釩膜，再經(jīng)過氧化擴(kuò)散和后退火形成氧化釩薄膜，例如CN 1392286A，這種方法雖然在濺射鍍膜過程中不需要嚴(yán)格控制反應(yīng)氣體流量，但是氧化擴(kuò)散和后退火工藝也需要較高的溫度。此外單靶濺射鍍膜時，靶材利用率低，基片溫升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對向靶反應(yīng)磁控濺射制備氧化釩薄膜的方法，利用該方法制得的氧化釩薄膜具有高的電阻溫度系數(shù)和低的室溫電阻值。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，一種制備氧化釩薄膜的方法，其特征在于包括以下過程1)對玻璃基片或硅基片表面進(jìn)行清洗。硅片采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體清洗方法清洗，然后烘干備用。玻璃基片清洗過程如下用丙酮進(jìn)行超聲清洗，經(jīng)去離子水沖洗，然后用乙醇超聲清洗，再經(jīng)去離子水沖洗，烘干備用；2)若采用硅為基片，先在硅片表面采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法沉積一層氧化硅薄膜；3)制備氧化釩薄膜真空室內(nèi)高純金屬釩靶材對向放置，將玻璃基片或硅基片置于基片架上，背底真空＜3×10-4Pa，以流量體積比為100∶1～140∶1的氬氣和氧氣通入真空室至工作氣壓1.5～2Pa，并以濺射功率為190～240W，基片溫度為25～200℃，濺射時間為30～75分鐘濺射成膜。
上述的氬氣和氧氣流量體積比為120∶1～130∶1。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用對向靶濺射的方式，因此靶材利用率高，濺射速率高，濺射均勻，濺射過程基片溫度低，濺射后的氧化釩薄膜不需進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。由本發(fā)明制備的氧化釩薄膜在20～30℃之間的電阻溫度系數(shù)能達(dá)到-3×10-2K-1以上，對溫度的敏感性遠(yuǎn)高于普通金屬熱敏電阻，室溫方塊電阻可以達(dá)到50KΩ/□以下，可用來制作低噪聲的微熱探測器件。


圖1為本發(fā)明制得的氧化釩薄膜的X射線光電子能譜分析(XPS)譜圖。圖中1#曲線對應(yīng)+5價釩，其在薄膜中所占體積比例為35.03％；2#曲線對應(yīng)+4價釩，其在薄膜中所占體積比例為51.46％；3#曲線對應(yīng)+3價釩，其在薄膜中所占體積比例為13.51％；4#曲線為1#，2#，3#曲線的疊加。
圖2為本發(fā)明制得的氧化釩薄膜的原子力顯微鏡(AFM)形貌像。
圖3為本發(fā)明制得的氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。由圖中可以看出本發(fā)明制得的氧化釩薄膜晶粒均勻、致密性好。
圖4為本發(fā)明實施例1制得的氧化釩薄膜的電阻溫度曲線；
圖5為本發(fā)明實施例2制得的氧化釩薄膜的電阻溫度曲線。
具體實施例方式
實施例1在玻璃基片上制備高電阻溫度系數(shù)的氧化釩薄膜，具體步驟如下1)清洗玻璃基片，過程如下用丙酮進(jìn)行超聲清洗，經(jīng)去離子水沖洗，然后用乙醇超聲清洗，再經(jīng)去離子水沖洗；2)采用對向靶反應(yīng)磁控濺射法，在上述玻璃基片制備氧化釩薄膜，打開真空室，放入玻璃基片，先抽低真空，然后開高閥，抽高真空至3×10-4Pa以下，以流量體積比為120∶1的氬氣和氧氣通入真空室至工作氣壓2Pa，并以濺射功率為240W，基片溫度為25℃，濺射時間為30分鐘濺射成膜。；3)對上述氧化釩薄膜進(jìn)行電阻溫度特性測試，測得室溫方塊電阻28.5KΩ/□，20～30℃之間電阻溫度系數(shù)為-3.3×10-2K-1，電阻溫度曲線如圖4所示。
實施例2在硅基片上制備高電阻溫度系數(shù)的氧化釩薄膜，具體步驟如下1)將硅片進(jìn)行表面清洗，以去除硅片表面的污染有機(jī)物、灰塵以及金屬離子雜質(zhì)，過程如下將濃硫酸(濃度為98％)與雙氧水按體積比3∶1混合配制成清洗液，將硅片在此清洗液中浸泡40分鐘，用去離子水沖洗硅片，然后用氨水、雙氧水和去離子水按體積比1∶40∶50混合，浸泡硅片30分鐘，再用去離子水沖洗。采用PECVD方法在硅片上先沉積一層氧化硅薄膜，背底真空為4.5×10-1Pa，工作氣壓為4.3Pa，基片溫度為150℃，工作氣體為N2O和SiH4，氣流量分別為12ml/min和38ml/min，淀積時間為10分鐘，SiO2層厚度約為1000；2)采用對向靶反應(yīng)磁控濺射法，在上述硅基片制備氧化釩薄膜，打開真空室，放入硅基片，先抽低真空，然后開高閥，抽高真空至3×10-4Pa以下，以流量體積比為120∶1的氬氣和氧氣通入真空室至工作氣壓2Pa，并以濺射功率為240W，基片溫度為25℃，濺射時間為45分鐘濺射成膜。；
3)對上述氧化釩薄膜進(jìn)行電阻溫度特性測試，測得室溫方塊電阻45KΩ/□，20～30℃之間電阻溫度系數(shù)-3.5×10-2K-1，電阻溫度曲線如圖5所示。
實施例3本實施例與實施例2相似，不同之處在于步驟2的工藝參數(shù)為以流量體積比為130∶1的氬氣和氧氣通入真空室至工作氣壓1.5Pa，濺射功率為195W，濺射時間75分鐘，基片溫度為200℃，對氧化釩薄膜進(jìn)行電阻溫度特性測試，測得室溫方塊電阻1.4KΩ/□，20～30℃之間附近電阻溫度系數(shù)-2.4×10-2K-1。
權(quán)利要求
1.一種對向靶反應(yīng)磁控濺射制備氧化釩薄膜的方法，其特征在于包括以下過程1)對玻璃基片或硅基片表面進(jìn)行清洗硅片采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體清洗方法清洗，然后烘干備用；玻璃基片清洗過程，用丙酮進(jìn)行超聲清洗，經(jīng)去離子水沖洗，然后用乙醇超聲清洗，再經(jīng)去離子水沖洗，烘干備用；2)若采用硅為基片，先在硅片表面采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法沉積一層氧化硅薄膜；3)制備氧化釩薄膜真空室內(nèi)高純金屬釩靶材對向放置，將玻璃基片或硅基片置于基片架上，背底真空＜3×10-4Pa，以流量體積比為100∶1～140∶1的氬氣和氧氣通入真空室至工作氣壓1.5～2Pa，并以濺射功率為190～240W，基片溫度為25～200℃，濺射時間為30～75分鐘濺射成膜。
2.按權(quán)利要求1所述的對向靶反應(yīng)磁控濺射制備氧化釩薄膜的方法，其特征在于氬氣和氧氣流量體積比為120∶1～130∶1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對向靶反應(yīng)磁控濺射制備氧化釩薄膜的方法，屬于薄膜制備技術(shù)。包括①玻璃和硅基片表面清洗。②若采用硅為基片，先在硅片表面用PECVD方法沉積一層氧化硅薄膜。③采用了具有靶材利用率高、濺射薄膜均勻的對向靶反應(yīng)磁控濺射法沉積氧化釩薄膜，工藝條件為背底真空＜3×10
文檔編號C23C14/54GK1752270SQ200510014470
公開日2006年3月29日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者胡明, 吳淼, 張之圣, 劉志剛, 呂宇強(qiáng) 申請人:天津大學(xué)