[发明专利]一种采用射频磁控溅射法制备二氧化钒薄膜的方法

说明书

本发明涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种二氧化钒薄膜的制备方法。本发明提供的制备方法包括在真空反应室中，采用射频磁控溅射法，在基底表面溅射二氧化钒后，升高基底温度进行原位退火，得到二氧化钒薄膜；基底和二氧化钒薄膜之间不设置缓冲层；射频磁控溅射的条件为：基底的温度为250～300℃；氩气通入反应室的流速为0.8sccm；氧气通入反应室的流速为40sccm；反应室的气压为0.8Pa；溅射时间为15～20min；溅射功率为95W；原位退火的温度为460～520℃，保温时间为200s；升温至原位退火的温度的时间≤7s。所述制备方法可以在不进行缓冲层设置的前提下，同样得到光学性能良好的二氧化钒薄膜。

技术领域

本发明涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种采用射频磁控溅射法制备二氧化钒薄膜的方法。

背景技术

1959年，F.J.Morin(MorinF.J.Oxides which show ametal-to-insulatortransition atthe Neeltemperature[J].Physical Review Letters,1959,3(1):34.)首先发现并研究了相变材料二氧化钒的MIT(金属-半导体)相变特性。随后的几十年，二氧化钒作为一种典型的相变材料，一直以来大量学者对二氧化钒进行了深入的研究，二氧化钒是一种具有相变特性的金属氧化物，在一般的情况下，其相变温度为68℃左右。且薄膜态的二氧化钒在相变的温度的前后，可实现从低温单斜金红石结构到高温四方金红石结构的相变，这个过程是可逆的，并且如果二氧化钒薄膜质量很高，那么伴随着相变，其光学、电学性能也会发生较大幅度的突变，且发生相变的时间为飞秒级，几乎是瞬间完成相变。与此同时，二氧化钒薄膜的相变可由如电场、光场、温度和压力等多种因素来触发，基于以上特征，从而使之具有十分广阔的应用前景。

单晶二氧化钒薄膜的制备条件非常苛刻，比如它的制备过程中对氧高度敏感，钒和氧可以形成很复杂的氧化钒体系。一般情况下，在很窄的钒氧比范围内就存在着十几种不同的氧化钒钼，所以需要对参数进行十分精准的控制，当前二氧化钒薄膜的制备方法主要有水热法、溶胶凝胶法或脉冲激光沉积法等，而这些方法很难达到成本与质量的兼顾，要么成本过高方法复杂，要么成膜质量无法保证，且如若想达到一个比较良好的光学性能，往往需要进行缓冲层、增透层等复合膜的设计，且常见的基片一般需要选择诸如Si₃N₄、ZnO、TiO₂或蓝宝石基片等，例如，现有技术“The effect ofTiO₂ buffer layerthickness onthethermochromic properties ofVO₂ thin-film fabricated by high density plasmasource[Japanese Journal ofApplied Physics60,SAAB04(2021)]”报道了通过引入二氧化钛缓冲层的方法来提升二氧化钒薄膜的光学性能，虽然与在相同的条件下沉积的薄膜在红外波段的光学性能提升了10％左右。但是该方法由于缓冲层的设置在一定程度上大大增加了制备成本，制备过程也较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种采用射频磁控溅射法制备二氧化钒薄膜的方法，所述制备方法可以在不进行缓冲层设置的前提下，同样得到光学性能良好的二氧化钒薄膜。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二氧化钒薄膜的制备方法，包括以下步骤：

在真空反应室中，采用射频磁控溅射法，在基底表面溅射二氧化钒后，升高基底温度进行原位退火，得到二氧化钒薄膜；所述基底和二氧化钒薄膜之间不设置缓冲层；

所述射频磁控溅射的条件为：所述基底的温度为250～300℃；氩气通入反应室的流速为0.8sccm；氧气通入反应室的流速为40sccm；反应室的气压为0.8Pa；溅射时间为15～20min；溅射功率为95W；