[发明专利]一种氧化钒复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种用于非制冷太赫兹探测器、或非制冷红外探测器的氧化钒复合薄膜及其制备方法。 

背景技术

太赫兹是指波长范围为30~3000um的电磁波，具有瞬态性、宽带性、低能性和相干性等独特性质。太赫兹在天文、医学、国防和安检等领域具有广泛的应用前景。其中，太赫兹非制冷（室温）探测是太赫兹应用的重要方面（参见Linda Marchese, Martin Bolduc, Bruno Tremblay, Michel Doucet, Hassane Oulachgar, Lo?c Le Noc, Fraser Williamson, Christine Alain, Hubert Jerominek, Alain Bergeron, “A microbolometer-based THz imager”, Proc. SPIE, 7671, 76710Z-8 (2010) 文献）。太赫兹的室温探测过程，主要是通过悬浮的微测辐射热计来完成，所以，悬浮的微测辐射热计微桥是影响探测器制造成败及性能高低的关键性因素。微测辐射热计对构造其悬浮微桥的薄膜材料，尤其是器件核心的热敏电阻材料有特殊的要求，体现在：相关材料应具有合适的电学、光学等性能。 

有多种材料可以用作微测辐射热计的热敏材料。其中，氧化钒薄膜具有非常优良的电学性能及光学性能，而且材料的集成度高，是最常用的高性能非制冷探测器热敏电阻材料。1994年2月15日授权的Honeywll公司的Barrett E. Cole等人申报的美国专利USP 5286976，以及文献H. Jerominek, F. Picard, et al., “Micromachined uncooled VO₂-based IR bolometer arrays”, Proc. SPIE, 2746, 60-71 (1996)，分别描述了基于氧化钒热敏电阻薄膜的红外探测器结构。然而，由于钒原子的电子结构为3d³4s²，其中的4s及3d轨道皆可失去部分或者全部电子，所以，传统的氧化钒薄膜的制备方法，例如磁控溅射、电子束蒸发、激光脉冲沉积等，含有其本身无法克服的缺点：即所制备的氧化钒薄膜中V元素的价态复杂、薄膜化学结构的稳定性差等。例如，采用磁控溅射制备氧化钒薄膜时，其中的V元素一般包括0、+2、+3、+4、+5等多种价态（参见Xiaomei Wang，Xiangdong Xu，et al.，“Controlling the growth of VO_x films for various optoelectronic applications”，Proceeding of the 2009 16thIEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits，IPFA，p 572-576（2009）文献）。由于V元素的组成复杂，制备工艺的微小变化都会对氧化钒薄膜的化学组成产生较大影响，从而使薄膜的电学、光学和力学性能等发生明显变化，进而影响到器件的性能。所以，基于氧化钒薄膜的探测器的一个主要缺点是：氧化钒薄膜的制备工艺难度大，产品的重复性和稳定性差。