[发明专利]一种电极材料及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及电极技术领域，具体涉及一种与氧化钒或者掺杂氧化钒薄膜接触的引出电极，可用于基于氧化钒或者掺杂氧化钒薄膜敏感材料的探测器、传感器、光开关等器件的电极材料。

背景技术

由于具有：(a)低1/f噪声、(b)高TCR、(c)良好的MEMS工艺兼容性等优点，氧化钒薄膜作为热阻型敏感薄膜被广泛用于制备探测性能优异的微测辐射热计型非制冷焦平面阵列和相应的非制冷探测器。氧化钒作为敏感材料，也被用于制造适于THz波段(0.1～10THz)目标探测与识别的THz探测焦平面阵列。

此外，氧化钒薄膜在室温附近具有优异的相变特性。在相变温度前后，氧化钒薄膜的电导率、光吸收率、折射率、磁化率以及比热等物理性质将发生突变。这使氧化钒薄膜在温度传感器、气体传感器、太阳能电池的窗口、电致变色器件和光学开关等领域也具有广阔的应用前景。

在高性能的探测器和传感器等器件中，常常采用阵列化的敏感单元结构，阵列结构的具体形式则取决于器件的应用要求。以氧化钒非制冷焦平面阵列为例，基于氧化钒敏感薄膜的焦平面阵列一般都是由一组二维像素单元阵列构成，每个像素单元包括一个敏感区和敏感区的支撑结构。支撑结构不但提供对敏感区的机械支撑，也是重要的热传导途径。被探测对象的辐射投射到敏感单元辐射吸收区后，辐射被吸收，导致敏感区温度升高。同时，热量以热传导、热对流和热辐射方式向周围环境流动。这种热量流动将降低敏感区的温升幅度，从而降低探测器的响应。因此，为了获得高探测性能，阵列一般被密封于抽真空后的管壳内，且阵列内的各个像素间相互隔开。这使经由支撑结构向衬底传递的热传导成为像素单元的主要热损失方式。此外，支撑结构上也附属有电子传导路径即像素电极。

为了获得高探测性能的非制冷焦平面阵列，其像素电极材料一般要求具有高电导率、低热导率、与敏感材料形成良好的欧姆接触、以及容易获得与MEMS工艺和IC工艺良好兼容性的制备方法等特点。目前，氧化钒焦平面阵列常用的电极材料为NiCr薄膜、Ti薄膜等。其中，由于NiCr薄膜良好的抗氧化性能而成为目前氧化钒焦平面阵列最常用的电极材料。但是，NiCr薄膜的弹性模量大。这易导致NiCr薄膜具有大的残余应力，从而引起阵列单元的翘曲等形变。其次，相对而言，NiCr薄膜的热导率较大，这也在一定程度上降低了氧化钒焦平面阵列的探测性能。因此，开发一种新型的氧化钒焦平面阵列用电极材料，将可望进一步提高氧化钒焦平面阵列的探测性能。

此外，在基于氧化钒的阵列化传感器、微型光开关等器件制造工艺中，选择与IC和MEMS工艺具有优良工艺兼容性的电极材料也非常重要。传统IC工艺流程中常用的干法刻蚀设备和刻蚀工艺往往难以满足NiCr薄膜图形化的要求，这在一定程度上降低了NiCr薄膜电极的工艺兼容性，从而限制了基于氧化钒的各种器件制造工艺与传统IC工艺的融合。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种电极材料，采用该材料作为与氧化钒或者掺杂氧化钒薄膜的引出电极，使基于氧化钒或者掺杂氧化钒薄膜的器件具有工艺兼容性好、工艺稳定性高、性能优良等特点。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种电极材料，其特征在于，该电极材料为金属钒薄膜，它作为与氧化钒或者掺杂氧化钒薄膜相接触的引出电极。

一种采用金属钒薄膜作为引出电极的复合结构，包括衬底，其特征在于，在所述衬底上依次沉积金属钒薄膜、氧化钒薄膜或掺杂氧化钒薄膜、钝化层薄膜。

上述复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①在衬底上制备金属钒薄膜；

②对步骤①制备的金属钒薄膜形成图形化钒电极；

③对图形化钒电极进行原位真空预处理；

④在预处理后的图形化钒电极结构上制备氧化钒薄膜或掺杂氧化钒薄膜；

⑤在氧化钒或掺杂氧化钒薄膜上制备SiON钝化层薄膜；

⑥对步骤⑤形成的氧化钒/钝化层或掺杂氧化钒/钝化层进行图形化，得到电极/氧化钒或掺杂氧化钒敏感薄膜/钝化层的复合结构。

一种采用金属钒薄膜作为引出电极的复合结构，包括衬底，其特征在于，在所述衬底上依次沉积氧化钒薄膜或掺杂氧化钒薄膜、金属钒薄膜、钝化层薄膜。

上述复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①在衬底上制备氧化钒或掺杂氧化钒薄膜；

②在步骤①制备的氧化钒或掺杂氧化钒薄膜制备SiON钝化层薄膜；

③在钝化层薄膜上开出电极接触孔；

④对接触孔部位氧化钒或者掺杂氧化钒薄膜进行原位真空预处理；

⑤在预处理后的结构上制备金属钒薄膜；