三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜及其制备方法，该热敏薄膜包括由下至上依次设置的衬底层、缓冲层以及热敏层，所述热敏层包括至少两层V

【技术实现步骤摘要】
三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜及其制备方法
本专利技术属于非制冷红外探测器领域，具体涉及一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜及其制备方法。
技术介绍
非制冷红外探测器的热敏材料部分主要使用VOX，即多种钒类氧化物的复合薄膜，工业生产过程大多采用一步法制备氧化钒薄膜，对薄膜的热敏性能提升存在技术瓶颈。V2O5(五氧化二钒)薄膜可以在较低的温度下沉积生长，并且本征V2O5激活能ΔE在2.24ev左右，根据(ΔE为激活能，k为玻尔兹曼常数，T为温度)可计算出其TCR在-27％/K左右，热敏性能好，热稳定性高，因此V2O5是一种性能优异的红外探测器热敏元件材料。但是V2O5在室温下电阻极大、热敏性不高，直接采用V2O5作为热敏层材料会导致热敏薄膜热敏性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜及其制备方法，旨在用于解决现有的氧化钒热敏薄膜的热敏性不高的问题。本专利技术是这样实现的：一方面，本专利技术提供一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，包括由下至上依次设置的衬底层、缓冲层以及热敏层，所述热敏层包括至少两层V2O5层以及位于每相邻两层V2O5层之间的载流子浓度提高层。进一步地，所述载流子浓度提高层的材质为石墨烯复合F离子，厚度为10～50nm。进一步地，所述载流子浓度提高层的材质为掺杂W6+的V2O3氧化物，厚度为3～23nm。进一步地，所述载流子浓度提高层的材质为掺杂Ru4+的V2O3氧化物，厚度为3～23nm。进一步地，所述热敏层的整体厚度为30～200nm。进一步地，所述缓冲层采用Si3N4缓冲层，厚度为150～300nm。进一步地，还包括依次设置于载流子浓度提高层上方的红外增透层以及保护层，所述红外增透层的材质为Si3N4，所述保护层的材质为SiO2。另一方面，本专利技术还提供一种如上所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用CVD法在衬底上生长一层缓冲层；采用PVD法在缓冲层上生长一层V2O5；采用CVD法在F2的气体氛围内生长石墨烯层；在石墨烯层上采用CVD法生长一层V2O5。本专利技术还提供一种如上所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用CVD法在衬底上生长一层缓冲层；采用PVD法在缓冲层上生长一层V2O5；使用钨掺杂的金属钒靶为沉积靶材，用PVD法制备W-V2O3薄膜层；在W-V2O3薄膜层上采用PVD法生长一层V2O5。本专利技术还提供一种如上所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用CVD法在衬底上生长一层缓冲层；采用PVD法在缓冲层上生长一层V2O5；使用钌掺杂的金属钒靶为沉积靶材，用PVD法制备Ru-V2O3薄膜层；在Ru-V2O3薄膜层上采用PVD法生长一层V2O5。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的这种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜及其制备方法，热敏层包括至少两层V2O5层以及位于每相邻两层V2O5层之间的载流子浓度提高层，通过载流子浓度提高层提高V2O5热敏薄膜的载流子浓度，显著地降低V2O5热敏薄膜室温下的电阻值，有效解决V2O5热敏薄膜在室温下电阻极大、热敏性不高的问题，提高V2O5热敏薄膜的热敏性，使其用作器件时响应率增大；且可以通过调节V2O5层以及载流子浓度提高层的厚度比例来调节电阻大小，满足不同的实际需求；多层膜结构可用CVD与PVD法实现，与硅基半导体工艺兼容，制备方式可控。附图说明图1为本专利技术实施例提供的第一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的第二种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的第三种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜的结构示意图。附图标记说明：1-衬底、2-缓冲层、3-V2O5层、4-提高载流子浓度层、5-红外增透层、6-保护层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1至图3所示，本专利技术实施例提供一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，包括由下至上依次设置的衬底层1、缓冲层2以及热敏层，所述热敏层包括至少两层V2O5层3以及位于每相邻两层V2O5层3之间的载流子浓度提高层4。V2O5层3可以设置为两层或者两层以上，每相邻两层V2O5层3之间设置一层载流子浓度提高层4，使得载流子浓度更均匀。通过载流子浓度提高层4提高V2O5热敏薄膜的载流子浓度，显著地降低V2O5热敏薄膜室温下的电阻值，有效解决V2O5热敏薄膜在室温下电阻极大、热敏性不高的问题，提高V2O5热敏薄膜的热敏性，使其用作器件时响应率增大；且可以通过调节V2O5层3以及载流子浓度提高层4的厚度比例来调节电阻大小，载流子浓度提高层4的厚度越大，V2O5层3的厚度越小，V2O5热敏薄膜的整体载流子浓度越大，则电阻越小，相反地，载流子浓度提高层4的厚度越小，V2O5层3的厚度越大，V2O5热敏薄膜的整体载流子浓度越小，则电阻越大，可以根据不同的实际需求进行调节，调节方便，且不需要增加额外的成本。细化上述实施例，所述衬底1采用单晶硅、非晶硅、SiO2、CMOS晶圆、石英玻璃、陶瓷基板中的一种，优选采用单晶硅。所述缓冲层2采用Si3N4、TiO2、AL2O3、CEO2、ZRO2、ZnO、SnO2、MgO中的一种，优选采用Si3N4缓冲层，缓冲层2的厚度优选为150～300nm。作为优选地，该热敏薄膜还包括依次设置于载流子浓度提高层上方的红外增透层5以及保护层6，所述红外增透层5的材质优选为Si3N4，所述保护层6的材质优选为SiO2。如图1所示，作为第一种实施方式，所述载流子浓度提高层4的材质为石墨烯复合F离子(Graphene&F-)，厚度优选为10～50nm。F-离子半径小，可以取代V2O5中的O2-，并且在V2O5晶格间隙中大量存在，采用Graphene吸附F-增大了热敏薄膜体系自由载流子浓度，使得阻值达到电路工作值，同时Graphene层利于热的水平传导，因此热敏层的TCR得到提高，薄膜的热敏性也得到提高，用作器件其响应率会增大。本专利技术实施例还提供一种上述第一种实施方式的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)采用CVD(化学气相沉积)法衬底1上生长一层缓冲层2；(2)采用PVD(物理气相沉积)法在缓冲层2上生长一层V2O5；(3)采用CVD法在F2的气体氛围内生长石墨烯层；(4)在石墨烯层上采用PVD法生长一层V2O5。作为第二种实施方式，所述载流子浓度提高层4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：包括由下至上依次设置的衬底层、缓冲层以及热敏层，所述热敏层包括至少两层V

【技术特征摘要】
1.一种三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：包括由下至上依次设置的衬底层、缓冲层以及热敏层，所述热敏层包括至少两层V2O5层以及位于每相邻两层V2O5层之间的载流子浓度提高层。


2.如权利要求1所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：所述载流子浓度提高层的材质为石墨烯复合F离子，厚度为10～50nm。


3.如权利要求1所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：所述载流子浓度提高层的材质为掺杂W6+的V2O3氧化物，厚度为3～23nm。


4.如权利要求1所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：所述载流子浓度提高层的材质为掺杂Ru4+的V2O3氧化物，厚度为3～23nm。


5.如权利要求1所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：所述热敏层的整体厚度为30～200nm。


6.如权利要求1所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：所述缓冲层采用Si3N4缓冲层，厚度为150～300nm。


7.如权利要求1所述的三明治结构的五氧化二钒热敏薄膜，其特征在于：还包括依次设置于载流子浓度提高层上方的红外...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄立，陆浩，马占锋，汪超，方明，蔡光艳，王春水，高健飞，黄晟，
申请(专利权)人：武汉高芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42