[发明专利]磁控溅射制备A相二氧化钒薄膜的方法

说明书

本发明涉及磁控溅射制备A相二氧化钒薄膜的方法，以金属钒靶或氧化钒陶瓷靶作为靶材，以氩气为溅射气体、以及以氧气为反应气体对所述靶材进行溅射以在衬底上形成A相二氧化钒薄膜。A相二氧化钒的晶胞参数为a_A=0.844nm,b_A=0.844nm,c_A=0.767nm，采用衬底晶格参数与A相二氧化钒匹配为本发明的关键。

技术领域

本发明具体涉及一种在利用磁控溅射制备A相二氧化钒薄膜的方法，属于新型无机功能材料领域。

背景技术

钒的四价氧化物二氧化钒晶相结构种类繁多，已知的结构有金红石相结构(R相)，单斜相结构(M相)，三斜相结构(T相)，以及中间相A相和B相。其中的M相和R相二氧化钒由于可以相互转化，且相变温度接近室温，而受到广泛关注，在智能节能窗等方面具有应用前景。而关于二氧化钒的中间相A相的研究相对较少。

A相二氧化钒VO₂(A)是由Theobald首先发现的，之后Oka第一次发现VO₂(A)的相变特性，相变温度约为165℃，并给出了VO₂(A)在相变前后具体的晶体结构及晶格参数。然而VO₂(A)制备困难，目前报道的文献中只有水热合成的方法，并且VO₂(A)不稳定，使得制备较纯的VO₂(A)更加困难。

关于二氧化钒薄膜制备方法的研究自上世纪70年代以来便如雨后春笋般大量出现，在众多的合成方法中，物理磁控溅射法由于具有大规模产业化的前景，产品均匀稳定，重复性强，自动化程度高而备受关注。然而，溅射法制备A相二氧化钒的研究目前还是空白。

发明内容

本发明利用磁控溅射制备A相二氧化钒薄膜，目的在于弥补物理溅射法在制备A相二氧化钒薄膜的空白，丰富功能化合物制备方法。

为此，本发明提供了一种磁控溅射制备A相二氧化钒薄膜的方法，以金属钒靶或氧化钒陶瓷靶作为靶材，以氩气为溅射气体、以及以氧气为反应气体对所述靶材进行溅射以在衬底上形成A相二氧化钒薄膜，所述衬底为(110)面钛酸锶STO、(110)面铝酸镧LAO、(110)面铌镁酸铅－钛酸铅PMN-PT、(110)面铝酸锶钽镧LAST、(110)面铝酸锶钽钕NSAT、(110)面镓酸钕NdGaO₃、(110)面钪酸钇YScO₃、(110)面钪酸钬HoScO₃、(110)面钪酸铽TbScO₃、(110)面钪酸镝DyScO₃、(110)面钪酸钆GdScO₃中的至少一种。

A相二氧化钒的晶胞参数为a_A＝0.844nm,b_A＝0.844nm,c_A＝0.767nm，采用衬底晶格参数与A相二氧化钒匹配为本发明的关键。因此，本发明以金属钒靶或氧化钒陶瓷靶作为靶材，并选用合适的衬底(例如，((110)面钛酸锶STO、(110)面铝酸镧LAO、(110)面铌镁酸铅－钛酸铅PMN-PT、(110)面铝酸锶钽镧LAST、(110)面铝酸锶钽钕NSAT、(110)面镓酸钕NdGaO₃、(110)面钪酸钇YScO₃、(110)面钪酸钬HoScO₃、(110)面钪酸铽TbScO₃、(110)面钪酸镝DyScO₃、(110)面钪酸钆GdScO₃等)来制备A相二氧化钒。其中所述衬底与纯A相二氧化钒存在以下外延关系c_VO2(A)≈2a_衬底，所述衬底适宜A相二氧化钒的生长外延。以钛酸锶衬底为例，钛酸锶为钙钛矿结构，晶胞参数a_STO＝0.3905nm，因此对于(110)面钛酸锶衬底，存在外延关系c_VO2(A)(＝0.767nm)≈2a_STO(0.781nm)，因此(110)面钛酸锶衬底适宜A相二氧化钒生长外延。