一种柔性基片衬底的异质结构薄膜及其制备方法技术

一种柔性基片衬底的异质结构薄膜及其制备方法，属于薄膜制备技术领域。该薄膜从下到上依次包括聚酰亚胺柔性衬底层、第一导电薄膜、Ga2O2材料层、VO2材料层、第二导电薄膜及抗腐蚀保护层。本发明专利技术采用聚酰亚胺(PI)材料作为衬底基片，采用Ga22O2作为缓冲层，采用AZO作为器件的导电电极，蒸镀TiN材料作为抗腐蚀保护层，可以缓解聚酰亚胺与VO2材料晶格失配大的难题，可以制备出高质量的VO2材料，导电性能大幅度提高、电阻率降低，TiN薄膜与AZO透明导电薄膜的融合度高，有效解决了器件的腐蚀问题，进一步提高了器件的使用寿命。该制备工艺简单，可实现规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性基片衬底的异质结构薄膜及其制备方法
本专利技术属于异质结构薄膜制备
，特别涉及一种柔性基片异质结构薄膜及其制备方法。
技术介绍
二氧化钒(VO2)在341K的临界温度(Tc)下发生温度驱动的可逆半导体到金属(SMT)一级转变，并伴随着晶体对称性的改变。在低于Tc的温度下，VO2处于单斜晶相(P21/c)的半导体态，其中V原子对的能量间隙为0.6eV。在高于Tc的温度下，VO2处于四方晶系(P42/mnm)金属态，其中在费米能级和V3d带之间的重叠消除了上述带隙。这种晶体对称性和电子带结构的跃迁通常伴随着其电阻率和近红外传输的突然变化。因此，VO2长期以来被认为是智能材料中的关键材料，凭借这些独特的性能，VO2薄膜已被广泛研究。众所周知，衬底的选择对所生长的薄膜的电学和光学性质有重要的影响。由于其宽带隙(4.49eV)和一些其他优异的性能，氧化镓(Ga2O3)可能是自硅后，新一代重要的半导体材料。特别地，由于其具有更高的可靠性，更长的寿命和更低的功率消耗的优点，目前基于氮化镓的光电子和微电子器件已经步入了新型应用领域。因此，VO2/Ga2O3组合的异质结构可能为固态电子学和光子电子学中的新颖器件结构开辟新的机会。此外，具有开关特性的氧化物半导体的集成也对新兴的基于光子腔的器件和有源材料表现出巨大的潜力。然而，传统的制备方法均采用蓝宝石或者Si基片作为衬底，其衬底不具备柔性性能，造成现有技术中的大功率器件柔性差，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。所以制备出柔性大功率的VO2/Ga2O3异质结构器件是相当困难的。
技术实现思路
为了解决现在技术上的不足，本专利技术提供一种柔性基片衬底的异质结构薄膜及其制备方法，可以制备柔性可弯曲的异质结构薄膜。本专利技术一种柔性基片衬底的异质结构薄膜，从下到上依次包括聚酰亚胺柔性衬底层、第一导电薄膜、Ga2O3材料层、VO2材料层、第二导电薄膜及抗腐蚀保护层。优选地，所述第一导电薄膜和第二导电薄膜均为AZO透明导电薄膜。优选地，所述抗腐蚀保护层为TiN抗腐蚀保护层。优选地，所述聚酰亚胺柔性衬底层的厚度为为0.4～1.2mm。本专利技术所述柔性基片衬底的异质结构薄膜的制备方法，在聚酰亚胺柔性衬底依次制备第一AZO透明导电薄膜、Ga2O3材料层、VO2材料层、第二AZO透明导电薄膜及TiN抗腐蚀保护层。优选地，所述在聚酰亚胺柔性衬底上制备第一导电薄膜，采用AZO透明导电薄膜：将聚酰亚胺基片采用离子水超声波清洗10分钟后，吹干送入磁控溅射反应室，在1.0×10-3Pa真空的条件下，在聚酰亚胺基片上沉积制备AZO透明导电电极，其工艺参数条件是：氩气和氧气作为混合气体反应源，其氩气和氧气流量比8:1，反应溅射氧化锌掺杂铝靶材的纯度为99.9％，制备温度为200℃～400℃，制备时间为45-70分钟。优选地，采用磁控溅射在所述第一AZO透明导电薄膜上沉积制备Ga2O3材料层，在1.0×10-3Pa真空的条件下，其工艺参数条件是：氧气作为气体反应源，其氧气流量为80～120sccm，反应溅射氧化镓靶材的纯度为99.9％，制备温度为200℃～400℃，制备时间30分钟至180分钟。优选地，采用磁控溅射在所述Ga2O3薄膜上沉积制备VO2材料层，在1.0×10-3Pa真空的条件下，其工艺参数条件是：氩气和氧气作为混合气体反应源，其氩气和氧气流量比8:1，反应溅射二氧化钒靶材的纯度为99.9％，制备温度为100℃～300℃，制备时间为180-220分钟。优选地，采用磁控溅射在所述VO2材料层制备第二导电薄膜，采用AZO透明导电薄膜，将真空抽到1.0×10-3Pa真空的条件下，其工艺参数条件是：氩气和氧气作为混合气体反应源，其氩气和氧气流量比5:1，反应溅射氧化锌掺杂铝靶材的纯度为99.9％，制备温度为100℃～300℃，制备时间为20-30分钟。优选地，采用磁控溅射在所述第二AZO透明导电薄膜上制备TiN抗腐蚀保护涂层，其工艺参数条件是：氮气作为气体反应源，其氮气流量为30～80sccm，反应溅射氮化钛靶材的纯度为99.99％，衬底温度为100℃～400℃，制备时间为15-25分钟。本专利技术的有益效果：1.本专利技术采用聚酰亚胺(PI)材料作为衬底基片，可以制备出高质量廉价的器件。采用Ga2O2作为缓冲层，一方面可以缓解聚酰亚胺(PI)与VO2材料晶格失配大的难题，可以制备出高质量的VO2材料，另一方面Ga2O3作为缓冲层价格廉价，对环境友好，且耐温性能优异，与VO2其晶格适配率低，采用Ga2O2作为其柔性基片与VO2材料的缓冲层，可以制备出高质量的VO2晶体材料。2.本专利技术采用AZO透明导电薄膜作为器件的导电电极，一方面AZO透明导电薄膜具有随沉积过程中氧分压变化的可控电阻率；另一方面AZO透明导电薄膜作为非晶透明导电氧化物具有导电性能大幅度提高、电阻率可降低、易于大面积成膜，AZO透明导电薄膜还具有较高的沉积速率、低的衬底温度并且与柔性基片之间具有良好的衬底粘附性，因此，AZO透明导电薄膜即可以作为透明导电电极使用，也可以减少薄膜之间的晶格失配。3.本专利技术最后蒸镀TiN材料层，一方面TiN材料硬度大，耐腐蚀，有效解决了器件的腐蚀问题，对器件具有保护作用，进一步提高了器件的使用寿命；另一方面TiN薄膜与AZO透明导电薄膜的融合度高，增强本专利技术异质结构的稳定性。本专利技术制备工艺简单，可实现规模生产。4.本专利技术可以利用VO2温度驱动的可逆半导体到金属(SMT)一级转变的特性，在大功率光电开关，大功率廉价的光存储器件等方面有着广阔的应用，解决了器件功率低价格昂贵的问题。附图说明图1为本专利技术柔性基片衬底的异质结构薄膜截面图。图2为本专利技术实验室实施例1～4热迟滞线圈图，其中：(a)为VO2薄膜S1的热迟滞线圈图，(b)为VO2薄膜S2的热迟滞线圈图，(c)为VO2薄膜S3的热迟滞线圈图，(d)为VO2薄膜S4的热迟滞线圈图；微分d(R)/d(T)对温度的曲线展示在相关的插图中，从高斯峰值中确定相变的临界温度。图3本专利技术实例1样品510-535eV范围内的结合能的放大的高分辨率光谱和样品VO2/Ga2O3异质结构的拟合结果。图中：1.聚酰亚胺柔性衬底层，2.第一导电薄膜，3.Ga2O3材料层，4.VO2材料层，5.第二导电薄膜，6.抗腐蚀保护层。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术中XPS(X射线光电子能谱分析)使用的是ThermoScientificESCALAB250XiX射线光电子能谱仪，该设备使用的是Aka1486.8eV射线源，可以达到3x10-8Pa的真空腔室。如图1所示，本专利技术柔性基片衬底的异质结构薄膜，从下到上依次包括聚酰亚胺柔性衬底层1、第一导电薄膜层2、Ga2O3材料层3、VO2材料层4、第二导电薄膜层5及抗腐蚀保护层6。所述第一导电薄膜层2和第二导电薄膜层5均为AZO透明导电薄膜，厚度为100nm至500nm。所述抗腐蚀保护层6为TiN抗腐蚀保护层，厚度为200nm至800nm。所述聚酰亚胺柔性衬底层的厚度为0.5mm。其中Ga2O3材料层3厚度为400-600nm，VO2材料层4厚度为600-900nm。实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性基片衬底的异质结构薄膜，其特征在于：从下到上依次包括聚酰亚胺柔性衬底层、第一导电薄膜、Ga2O3材料层、VO2材料层、第二导电薄膜及抗腐蚀保护层。

【技术特征摘要】
1.一种柔性基片衬底的异质结构薄膜，其特征在于：从下到上依次包括聚酰亚胺柔性衬底层、第一导电薄膜、Ga2O3材料层、VO2材料层、第二导电薄膜及抗腐蚀保护层。2.根据权利要求1所述的柔性基片衬底的异质结构薄膜，其特征在于：所述第一导电薄膜和第二导电薄膜均为AZO透明导电薄膜。3.根据权利要求1所述的柔性基片衬底的异质结构薄膜，其特征在于：所述抗腐蚀保护层为TiN抗腐蚀保护层。4.根据权利要求1所述的柔性基片衬底的异质结构薄膜，其特征在于：所述聚酰亚胺柔性衬底层的厚度为为0.4～1.2mm。5.一种如权利要求1所述柔性基片衬底的异质结构薄膜的制备方法，其特征在于：在聚酰亚胺柔性衬底依次制备第一AZO透明导电薄膜、Ga2O3材料层、VO2材料层、第二AZO透明导电薄膜及TiN抗腐蚀保护层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述在聚酰亚胺柔性衬底上制备第一导电薄膜，采用AZO透明导电薄膜：将聚酰亚胺基片采用离子水超声波清洗10分钟后，吹干送入磁控溅射反应室，在1.0×10-3Pa真空的条件下，在聚酰亚胺基片上沉积制备AZO透明导电电极，其工艺参数条件是：氩气和氧气作为混合气体反应源，其氩气和氧气流量比8:1，反应溅射氧化锌掺杂铝靶材的纯度为99.9％，制备温度为200℃～400℃，制备时间为45-70分钟。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李双美，张东，何乔，赵志刚，
申请(专利权)人：沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21