[发明专利]一种制备氧化钒薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于信息科学与技术领域，具体涉及一种制备氧化钒薄膜的方法。

背景技术

自二十世纪五十年代末Morin在贝尔实验室首次发现氧化钒薄膜具有温度相变特性以来，氧化钒薄膜引起了各国研究者的广泛兴趣。研究结果表明：氧化钒薄膜具有可逆的温度相变特性，在常温下，氧化钒薄膜呈现半导体态，为四方晶格结构，具有较高的电阻率和红外光波透过率；当薄膜温度升高达到相变温度时，薄膜的微观结构以及光电特性发生突变；此时氧化钒薄膜由四方晶格结构转变为单斜晶结构，薄膜呈现金属态，电阻率迅速降低，对红外光波呈现较高的反射能力，而且这种变化是可逆的。由于氧化钒薄膜的这一特性，所以氧化钒薄膜材料在诸如新型光存储器件、新型MOS晶体管开关电路、相变型红外微光开关以及抗强激光辐射自动保护等领域均具有很好的应用前景。特别值得一提的是，虽然以VO₂为基的氧化钒混合相多晶薄膜在室温时不具有温度相变特性，但由于它具有较高的电阻温度系数，在25℃时，其电阻温度系数的典型值为-2.00×10^-2K^-1，是一般金属薄膜的5-10倍，因此氧化钒薄膜也是目前用来制作非致冷红外探测器热敏电阻的理想材料。以氧化钒薄膜作为热敏电阻的红外焦平面在非致冷红外成像系统上也获得了非常广泛的应用。

钒的化合价有2⁺、3⁺、4⁺和5⁺价，与氧气反应后可以形成多达13种不同的相结构，而且至少有8种相结构的氧化钒具有温度相变特性。对于VO₂，其典型的相变温度为68℃，应力和掺杂可以改变相变温度。目前有多种方法可以制备氧化钒薄膜，如电子束蒸发镀膜(见C V Ramana，O M Hussain，B.Srinivasulu，et al.Spectroscopic characterization of electton-beam evaporated V₂O₅ thin films.Thin Solid Films.1997，305：219-266)、反应离子溅射(见S D Hansen，C R Aita.Low temperature reactive sputterdopositon of vanadium oxide.J.Vac.Sci.Technol.，1985，A3(3)：660-663)、化学气相沉积(见E E Chain.Effect of oxygen in ion-beam sputter deposition of vanadium oxide.J.Vac.Sci.Technol.，1987，A5(4)：1762-1766)和溶胶-凝胶(Sol-Gel)(见F C Case.Lowtemperature deposition of VO₂ thin films.J.Vac.Sci.Technil.，1990，A8(3)：1395-1398)等。采用不同的制备方法在不同的衬底上所制备的氧化钒薄膜的微观结构及其光学、电学、磁学特性都有较大的差别，所以各国研究者都在积极探索制备氧化钒薄膜的新方法，以制备性能优良、能满足不同需求的氧化钒薄膜。

氧化钒薄膜具有多种不同的相结构，而且各种相结构的稳定条件又比较近似，单一相的稳定条件非常窄，因而要制备具有严格化学配比的单一相氧化钒比较困难。在制备过程中要严格控制各个工艺参数，才能制备出满足需求的性能良好的氧化钒薄膜。工艺参数稍微改变，则所制备的氧化钒薄膜的特性就会大不相同，减少了工艺的可重复性，增加了工艺的控制难度。