[发明专利]薄膜生长装置、方法及二氧化钒薄膜生长方法

说明书

本发明涉及纳米材料薄膜生长技术领域，具体涉及一种薄膜生长装置及薄膜生长方法；尤其涉及一种二氧化钒薄膜生长方法；薄膜生长装置包括散热旋转台、载物旋转盘、石英管、管式炉、直角喷雾脉冲控制架和纳米喷雾器；纳米喷雾器的喷嘴垂直于载物旋转盘；载物旋转盘与散热旋转台连接，散热旋转台旋转，带动载物旋转盘运动；载物旋转盘上设有多个载物槽；石英管上设有第一侧开槽，管式炉上设有第二侧开槽；石英管穿设于管式炉中，第一侧开槽与第二侧开槽匹配；载物旋转盘上的至少一个载物槽位于第一侧开槽内。通过本发明的薄膜生长装置及方法生长二氧化钒薄膜，生长效率更高，且所得到的二氧化钒薄膜具备中红外光开关效应。

技术领域

本发明涉及纳米材料薄膜生长技术领域，具体涉及一种薄膜生长装置及薄膜生长方法；尤其涉及一种二氧化钒薄膜生长方法。

背景技术

钒氧化物具有半导体-金属相变特性。在半导体态时，材料具有高透射特性，在金属态时，材料则具有高反射特性，这种特性使其具有智能光开关的潜力。目前已经发现多种钒氧化物具有从低温半导体相到高温金属相转换的特性，其中VO₂相变温度最接近室温。氧化钒相变具有高速相变、可逆、波段宽等特点，在抗红外定向能方面具有广泛的应用前景。

目前已有的二氧化钒薄膜制备方法，按照其原理大体可分为物理法和化学法两大类。更为详细地，物理法主要包括溅射法、脉冲激光淀积，以及基于该两种方法的衍生方法：如等离子体辅助，射频磁控溅射等方法。物理法由于其简单低廉的工艺流程，目前已经被广泛用于二氧化钒薄膜材料的制备。但该法一般由于其有限的基底温度，并且溅射出来的原子/分子团能量相对较低，在集聚成核时均匀性较差，因此材料的结晶度较低，一般需要进行后续的退火来提高薄膜的结晶质量。相比于物理法，化学法具有更高的灵活性，实现的途径也更为多样。在已有的报道中，金属有机物化学气相淀积(Metal Organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)，卤化物气相外延(Halide Vapor Phase Epitaxy，HVPE)，分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)，原子层淀积(Atomic Layer Deposition，ALD)，溶胶-凝胶(Sol-Gel)，热液合成(Hydrothermal Synthesis)等方法都被用于二氧化钒薄膜的制备。在这其中，MOCVD和HVPE由于其较快的生长速度(CVD大约在几个μm/h，HVPE目前甚至可以达到100μm/h)，以及高的结晶质量，因此被用来进行二氧化钒厚外延生长；MBE和ALD可以精确控制薄膜厚度及质量，在各类生长方法中具有最高的材料质量；Sol-Gel和热液法具有最高的灵活性，非常易于新型材料结构的制备，相比于前面几种方法对基底材料敏感度也较低。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种薄膜生长装置及薄膜生长方法；尤其提供一种二氧化钒薄膜生长方法。

本发明提供一种薄膜生长装置，所述薄膜生长装置包括溶液脉冲喷雾台、散热旋转台、载物旋转盘、石英管以及管式炉；

所述溶液脉冲喷雾台包括相互固定连接的直角喷雾脉冲控制架和纳米喷雾器；所述纳米喷雾器的喷嘴垂直于所述载物旋转盘；所述载物旋转盘与所述散热旋转台连接，所述散热旋转台旋转，带动所述载物旋转盘运动；所述载物旋转盘上设有多个载物槽；

所述石英管上设有第一侧开槽，所述管式炉上设有第二侧开槽；所述石英管穿设于所述管式炉中，所述第一侧开槽与所述第二侧开槽匹配；所述载物旋转盘上的至少一个所述载物槽位于所述第一侧开槽内。

优选的，所述纳米喷雾器为电动纳米喷雾器；所述散热旋转台可通过电动控制调节转速。

优选的，所述散热旋转台包括紫铜旋转柱和风扇；所述载物旋转盘与所述紫铜旋转柱连接。

优选的，所述紫铜旋转柱的中部设有多层紫铜圆盘。

本发明还提供一种薄膜生长方法，所述薄膜生长方法采用上述的薄膜生长装置。