[发明专利]一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术

二氧化钒是一种具有相变特性的功能材料，随着温度的变化，二氧化钒在68℃左右发生低温半导体相到高温金属相的可逆相变，同时，其电阻率和透射率等物理性质也发生突变。这一特性使其在光电开关、光学存储器、智能窗等领域都有广泛的应用。

通常情况下，二氧化钒的相变温度为68 ℃，在相变温度附近，薄膜的电阻温度系数远大于其他温度区域的值，其相变温度可以通过掺杂或改变工艺条件的方法有效的降低，使得其高电阻温度系数区域向低温区域移动，同时合适的电阻率使其也成为非制冷微测辐射热计的理想热敏感元材料。适当的掺杂可以使得薄膜的相变温度降低到室温附近时，这在智能窗等领域有很重要的应用。目前，掺钨是一种有前途、能有效降低氧化钒相变温度的方法。通过掺杂可以改善氧化钒薄膜的电学性能，降低薄膜的方阻值，提高薄膜的电阻温度系数。常见的掺杂方法有蒸发法、离子注入法、溶胶—凝胶法、磁控溅射法等。不同的掺杂方法对薄膜的性能有很大的影响，蒸发法要求制备温度较高，薄致密度小，工艺重复性不好，离子注入法对薄膜造成损伤，引入应力，同时掺入深度较小，溶胶-凝胶法制备的薄膜附着性不好，纯度较差、孔隙较多。而溅射法制备的掺杂VO2薄膜与基底附着力比较大，膜表面比较致密、平滑，粗糙度较低，得到广泛的应用。

直流磁控溅射法制备掺杂氧化钒薄膜的工艺条件要求十分苛刻，传统的双靶共溅射法在制备掺杂氧化钒薄膜时，靶和靶之间由于溅射速率的不同等其它因素的互相影响，对于掺杂量的控制，薄膜均匀性及重复性控制很差；合金靶溅射，只能制备比例确定的掺杂薄膜；通过在钒靶跑道上贴掺杂物质的小片等方法由于它们之间是机械结合，电阻过大，在溅射过程中功率不稳定且难以大功率溅射，在刚开始溅射的时候，钨小片的尖端放电很严重，容易损坏设备。同时，要实现氧化钒薄膜在上述领域中的应用，其制备工艺与微机械电子系统（MEMS）工艺的兼容性问题至关重要，应在较低温度下进行工艺制备。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法，其能克服传统磁控溅射法制备掺钨氧化钒薄膜在双靶共溅射过程中靶材之间的相互污染，合金靶溅射只能制备比例确定的掺杂薄膜等缺点，而且溅射过程功率稳定，与微机械电子系统工艺相兼容。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法，包括以下步骤：

（1）对基片进行清洗，将清洗后的基片放入高真空腔室中；

（2）制备VOx/W/VOx复合薄膜；

（2.1）将高纯度的氩气通入高真空腔室中，将金属钒靶和金属钨靶置于真空腔室中，在基片用基片挡板遮住的情况下通过开启钒靶溅射电源和钨靶溅射电源分别对金属钒靶和金属钨靶表面进行预溅射清洗，其中，溅射钒靶的时候，钨靶用钨靶挡板遮住，溅射钨靶的时候，钒靶用钒靶挡板遮住；

（2.2）将高纯度的氧气通入真空腔室中，打开基片挡板，关闭钨靶挡板，开启钒靶溅射电源，沉积底层氧化钒（VOx）薄膜；

（2.3）待底层氧化钒薄膜沉积完毕后，关闭氧气，关闭钒靶溅射电源和钒靶挡板，开启钨靶溅射电源和钨靶挡板，沉积中间层金属钨（W）薄膜；

（2.4）待金属钨薄膜沉积完毕后，关闭钨靶溅射电源和钨靶挡板，再次通入氧气，开启钒靶溅射电源和钒靶挡板，沉积上层氧化钒（VOx）薄膜；

（3）对沉积得到的VOx/W/VOx复合薄膜进行原位退火处理；

（3.1）沉积得到VOx/W/VOx复合薄膜后，关闭氩气与氧气，使得真空室重新恢复到高真空；

（3.2）再次通入氧气，升高基片温度，进行原位退火处理；

（3.3）VOx/W/VOx复合薄膜层间氧相互扩散充分后，关闭氧气流量计，掺钨氧化钒薄膜在高真空环境下自然冷却至室温。