[发明专利]一种高电阻温度系数氧化镍铬热敏薄膜制备方法

说明书

本发明涉及一种高电阻温度系数氧化镍铬热敏薄膜制备方法，可用于红外探测、调制器、光开关等领域的氧化镍铬半导体薄膜及其制备：采用金属镍铬合金靶材，使用磁控溅射方法，在有氮化硅缓冲层的单晶硅衬底上沉积得到Cr‑Ni‑O薄膜，再进行400℃以下的后退火处理，制备氧化镍铬半导体薄膜。本发明氧化镍铬薄膜具有室温附近电阻温度系数高达3.5％/K，制备兼容CMOS工艺，可应用于非致冷红外探测器、光开关、智能玻璃等方面，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，具体涉及一种新型高电阻温度系数(TCR)氧化镍铬薄膜及制备方法。

背景技术

对于红外探测领域常用的非致冷红外探测器，热敏薄膜材料需要有较高的电阻温度系数。非致冷红外探测器中的室温附近高电阻温度系数热敏薄膜将吸收相应波段的光形成的热量产生温升，引起热敏材料电阻发生变化从而使得外部电路能够感知相应光波变化，达到红外探测的目的。

非致冷红外探测器最主要的优势是它们能在室温下运行而无须任何复杂昂贵的致冷设备。采用非致冷红外探测器技术实现的红外成像系统具有更小的尺寸、更低功耗和更长的持续时间。由于这些优点，非致冷红外探测器广泛应用于夜视、矿探、汽车、防火、工业控制等方面。

目前广泛使用并商业化的高TCR热敏材料包括：氧化钒(VOx)，非晶硅a-Si，多晶硅锗(聚硅锗)，钇钡铜氧化物(YBaCuO)以及金属薄膜等。其中，非晶硅、氧化钒的TCR大小一般低于2％K，金属薄膜材料本身TCR较低，一般低于0.6％/K。

中国发明专利CN101066845A中氧化镍铬薄膜主要作为低辐射玻璃的阻挡层使用。中国发明专利CN105130208A中氧化镍铬薄膜主要作用是作为膜系中的一层“不仅保护银膜层不被氧化，还因其具有很低的消光系数，对可见光吸收率低，可见光的透过率提高”。

发明内容

本发明的目的，是利用磁控溅射薄膜沉积技术，首次制备高电阻温度系数氧化镍铬热敏薄膜。提供一种新型高电阻温度系数热敏薄膜的制备方法，以保证氧化镍铬薄膜制备工艺过程与CMOS工艺的兼容性，得到合适电阻率的氧化镍铬薄膜材料，满足高性能非致冷红外探测器使用要求。

为达到上述目的，本发明提供了一种高电阻温度系数氧化镍薄膜制备方法，包括：

磁控溅射法制备氧化镍铬薄膜的具体过程如下：

步骤1：单晶硅衬底表面去污清洗；

步骤2：在单晶硅表面沉积或溅射一层绝缘层；

步骤3：上述材料装入磁控溅射装置真空室内，在绝缘层上溅射一层氧化镍铬薄膜；

步骤4：对沉积的薄膜样品进行后退火处理。

上述方案中，步骤2中所述在单晶硅表面沉积或溅射的绝缘层为氮化硅薄膜。

上述方案中，步骤3中所述在氮化硅(Si3N4)薄膜上溅射一层氧化镍铬薄膜是采用直流磁控溅射法，具体工艺为：采用镍铬合金靶，初始真空度:5×10-5Pa，溅射功率200W，氧气与氩气气体流量比为1:72，溅射总气压保持在5Pa，薄膜衬底温度200℃，溅射时间20min。

上述方案中，步骤4中所述对所沉积的薄膜样品进行后退火处理，退火工艺条件为：退火为氩气氛围，退火温度300℃，退火时间60min，退火结束后在氩气氛围下冷却至室温。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的制备高电阻温度系数氧化镍铬薄膜方法，无需多层薄膜组合沉积，也无需高温后退火处理即可获得高薄膜电阻变化率的氧化镍铬薄膜。