[发明专利]一种采用低价钒种子层优化氧化钒薄膜性能的方法

说明书

本发明公开了一种采用低价钒种子层优化氧化钒薄膜性能的方法，涉及电子材料领域，所述方法采用磁控溅射技术，以金属钒为靶材，以Al₂O₃为基底，在有氧环境下分两次溅射，第一次溅射氧浓度低于第二次溅射，两次溅射分别前后得到低价钒种子层和氧化钒薄膜，最后通过退火即得到采用低价钒种子层优化的氧化钒薄膜。本发明所制备的具有低价钒种子层的氧化钒薄膜具有大的相变幅度，小的回线宽度，更接近室温的相变温度，进而提高热致开关调制类器件的灵敏度、稳定性、可靠性以及应用前景；另外，利用本发明制备相变氧化钒薄膜所需的退火温度可以显著降低，与MEMS工艺兼容性更好，可以适用于大批量生产。

技术领域

本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种采用低价钒种子层优化氧化钒薄膜性能的方法。

背景技术

1959年，位于美国的贝尔实验室的科学家Morin，经过实验，发现了某些钒的氧化物能够具有十分特别的特性：在某一的温度范围内，伴随温度的不断升高，氧化钒发生从半导体到金属性质的突变，而且，在氧化钒材料内部，晶体结构还有向着对称程度较低的结构转化的趋势。不同价态的钒氧化物具有不同的相变温度，其中VO₂的相变温度比较接近室温在68℃附近，具有非常突出的相变特性。在相变前后，VO₂的物理性质，如材料的电导率、光学折射率和光吸收、固体比热以及其磁化率等等，发生可逆性突变。这些优异的特性，使得VO₂能够在诸多技术领域有着巨大的潜在的应用价值，例如：智能窗、信息存储、光调制器、太阳能电池、光电探测器等方面，从而引起了人们对它的研究兴趣。为使氧化钒薄膜能够有更好的应用，氧化钒薄膜应该具有更大的相变幅度，更小的回线宽度，更低的相变温度和制备温度。

目前有许多种方法可以制备氧化钒薄膜，如溶胶凝胶法，脉冲激光沉积，电子束蒸发，化学气相沉积，磁控溅射法等；采用不同制备方法制备的氧化钒薄膜在微观结构，电学光学特性上都有较大的区别。由于磁控溅射制备的薄膜具有重复性好、附着力强、结构致密、厚度好控制、大面积上制备均匀性好等优点，所以我们采用磁控溅射法制备氧化钒薄膜。

但是在溅射时间较短、薄膜较薄时，氧化钒薄膜的结晶度会比较差，使得薄膜的性能不好，相变幅度小，如果可以在薄膜较薄的时候增大薄膜的相变幅度，可以大大增大氧化钒薄膜的应用前景；更大的相变幅度，更小的回线宽度可以提高热致开关调制类器件的灵敏度，稳定性，可靠性；相变温度更低，更接近于室温，使其应用更广泛，如智能窗等方面。虽然缓冲层(Al₂O₃，ZnO，TiO₂等)对氧化钒薄膜性能的提高具有一些帮助，但这些缓冲层需要通过特殊和专门的手段制备，大大加大了工艺复杂程度，因此需要一种更简单的方法来解决这些难题。另外，目前VO₂的沉积温度一般大于400℃，或者退火温度大于400℃才能制备出具有相变特性的氧化钒薄膜，氧化钒薄膜的制备温度过高。

发明内容

本发明提供一种采用低价钒种子层优化氧化钒薄膜性能的方法，以解决现有基于氧化钒薄膜薄膜制备技术中存在的工艺复杂、薄膜性能差的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种采用低价钒种子层优化氧化钒薄膜性能的方法，所述方法采用磁控溅射技术，以金属钒为靶材，以Al₂O₃为基底，在有氧环境下分两次溅射，第一次溅射氧浓度低于第二次溅射，两次溅射分别前后得到低价钒种子层和氧化钒薄膜，最后通过退火即得到采用低价钒种子层优化的氧化钒薄膜。

利用本发明所述方法制备的是双层薄膜，种子层和氧化钒薄膜，其中种子层是一层低价钒氧混合薄膜，混合薄膜的成分可以通过第一次溅射时O₂的流量加以控制。

作为优选地，具体包括如下步骤：