一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法，包括以下步骤：首先将清洗后的基片放入高真空腔室中；其次将高纯氩气通入真空腔室，在基片用基片挡板遮住的情况下通过开启钒靶溅射电源和钨靶溅射电源分别对金属钒靶和金属钨靶表面进行预溅射清洗，将高纯氧气通入真空腔室中，打开基片挡板，关闭钨靶挡板，开启钒靶溅射电源，沉积底层氧化钒薄膜；待底层氧化钒薄膜沉积完毕后，关闭氧气，关闭钒靶溅射电源和钒靶挡板，开启钨靶溅射电源和钨靶挡板，沉积中间层金属钨薄膜；待金属钨薄膜沉积完毕后，关闭钨靶溅射电源和钨靶挡板，再次通入氧气，开启钒靶溅射电源和钒靶挡板，沉积上层氧化钒薄膜；最后对沉积得到的复合薄膜进行原位退火处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于半导体材料

技术介绍
二氧化钒是一种具有相变特性的功能材料，随着温度的变化，二氧化钒在68°C左右发生低温半导体相到高温金属相的可逆相变，同时，其电阻率和透射率等物理性质也发生突变。这一特性使其在光电开关、光学存储器、智能窗等领域都有广泛的应用。通常情况下，二氧化钒的相变温度为68 °C，在相变温度附近，薄膜的电阻温度系数远大于其他温度区域的值，其相变温度可以通过掺杂或改变工艺条件的方法有效的降低，使得其高电阻温度系数区域向低温区域移动，同时合适的电阻率使其也成为非制冷微测辐射热计的理想热敏感元材料。适当的掺杂可以使得薄膜的相变温度降低到室温附近时，这在智能窗等领域有很重要的应用。目前，掺钨是一种有前途、能有效降低氧化钒相变温度的方法。通过掺杂可以改善氧化钒薄膜的电学性能，降低薄膜的方阻值，提高薄膜的电阻温度系数。常见的掺杂方法有蒸发法、离子注入法、溶胶一凝胶法、磁控溅射法等。不同的掺杂方法对薄膜的性能有很大的影响，蒸发法要求制备温度较高，薄致密度小，工艺重复性不好，离子注入法对薄膜造成损伤，引入应力，同时掺入深度较小，溶胶-凝胶法制备的薄膜附着性不好，纯度较差、孔隙较多。而溅射法制备的掺杂V02薄膜与基底附着力比较大， 膜表面比较致密、平滑，粗糙度较低，得到广泛的应用。直流磁控溅射法制备掺杂氧化钒薄膜的工艺条件要求十分苛刻，传统的双靶共溅射法在制备掺杂氧化钒薄膜时，靶和靶之间由于溅射速率的不同等其它因素的互相影响， 对于掺杂量的控制，薄膜均勻性及重复性控制很差；合金靶溅射，只能制备比例确定的掺杂薄膜；通过在钒靶跑道上贴掺杂物质的小片等方法由于它们之间是机械结合，电阻过大，在溅射过程中功率不稳定且难以大功率溅射，在刚开始溅射的时候，钨小片的尖端放电很严重，容易损坏设备。同时，要实现氧化钒薄膜在上述领域中的应用，其制备工艺与微机械电子系统(MEMS)工艺的兼容性问题至关重要，应在较低温度下进行工艺制备。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供，其能克服传统磁控溅射法制备掺钨氧化钒薄膜在双靶共溅射过程中靶材之间的相互污染，合金靶溅射只能制备比例确定的掺杂薄膜等缺点，而且溅射过程功率稳定，与微机械电子系统工艺相兼容。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案，包括以下步骤(1)对基片进行清洗，将清洗后的基片放入高真空腔室中；(2)制备VOx/W/VOx复合薄膜；(2.1)将高纯度的氩气通入高真空腔室中，将金属钒靶和金属钨靶置于真空腔室中，在基片用基片挡板遮住的情况下通过开启钒靶溅射电源和钨靶溅射电源分别对金属钒靶和金属钨靶表面进行预溅射清洗，其中，溅射钒靶的时候，钨靶用钨靶挡板遮住，溅射钨靶的时候，钒靶用钒靶挡板遮住；(2. 2)将高纯度的氧气通入真空腔室中，打开基片挡板，关闭钨靶挡板，开启钒靶溅射电源，沉积底层氧化钒(VOx)薄膜；(2. 3)待底层氧化钒薄膜沉积完毕后，关闭氧气，关闭钒靶溅射电源和钒靶挡板，开启钨靶溅射电源和钨靶挡板，沉积中间层金属钨(W)薄膜；(2. 4)待金属钨薄膜沉积完毕后，关闭钨靶溅射电源和钨靶挡板，再次通入氧气，开启钒靶溅射电源和钒靶挡板，沉积上层氧化钒(VOx)薄膜；(3)对沉积得到的VOx/W/VOx复合薄膜进行原位退火处理；(3. 1)沉积得到VOx/W/VOx复合薄膜后，关闭氩气与氧气，使得真空室重新恢复到高真空；(3. 2)再次通入氧气，升高基片温度，进行原位退火处理；(3. 3) VOx/W/VOx复合薄膜层间氧相互扩散充分后，关闭氧气流量计，掺钨氧化钒薄膜在高真空环境下自然冷却至室温。更进一步地，对基片进行清洗并放入高真空腔室的步骤如下首先用蘸有洗涤精的脱脂棉在清水中轻轻擦拭基片表面，除去切割基片过程中吸附的颗粒较大的污渍与粉尘，然后用清水漂洗若干遍，将洗涤精冲洗干净；倒入超纯水并放到超声清洗机中超声清洗 15分钟，重复两次，以减少清水清洗过程中引入的杂质离子；将超纯水洗净后的基片放入到丙酮中进行超声清洗15分钟，去除难溶的有机物；丙酮清洗完毕后倒入适量的无水乙醇并超声清洗15分钟，去除残留的丙酮；然后倒掉清洗完毕后的无水乙醇，最后倒入适量的超纯水对基片液封备用，基片放入高真空腔室时，先用氮气吹干其表面水分，并将本底真空抽至高真空，基片温度设置在室温至400°C范围内。更进一步地，所述步骤(2. 3)实施过程中，继续保持通入氧气，使金属钨氧化为氧化钨，溅射氧化钨薄膜作为中间层，即用氧化钨薄膜代替VOx/W/VOx复合薄膜的中间层金属钨薄膜。更进一步地，所述氧气和氩气的流量比为0 % 20 %，每次通入氧气的时间为0 60分钟，关闭氧气的时间为0分钟 10分钟，即沉积底层和上层氧化钒薄膜的时间为0 60分钟，沉积中间层金属钨薄膜的时间为0分钟 10分钟。更进一步地，退火温度为室温 500 V，退火时间为0分钟 720分钟。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果首先用不同的挡板将靶材之间相互隔离，避免了传统的双靶共溅射过程中靶材与靶材之间的相互污染；其次对掺杂物质为单独沉积，不用在钒靶跑道上贴掺杂物质的小片，使得合金靶溅射容易实现控制掺杂量，同时溅射过程稳定，采用该方法制备的掺钨氧化钒薄膜阻值易于控制，相变特性明显，室温附近电阻温度系数高；第三，本专利技术整个过程对基片加热温度均较低，与半导体微机械加工工艺相兼容。附图说明图1为本专利技术掺钨氧化钒薄膜结构退火前的剖视图；图2为本专利技术实施例1制备得到的掺钨氧化钒薄膜的方阻自然对数-温度的关系曲线.一入 ，图3为本专利技术实施例2制备得到的掺钨氧化钒薄膜的方阻自然对数-温度的关系曲线.一入 ，图4为本专利技术实施例3制备得到的掺钨氧化钒薄膜的方阻自然对数-温度的关系曲线.一入 ，图5为本专利技术实施例4制备得到的掺钨氧化钒薄膜的方阻自然对数-温度的关系曲线。具体实施例方式下面将结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。实施例一参见图1、图2，，包括以下步骤(1)对基片1进行清洗；所述基片1为K9玻璃，尺寸为22 X 22 mm2,在其上沉积氧化钒薄膜2之前作以下清洗 用蘸有洗涤精的脱脂棉在清水中轻轻擦拭基片1表面，除去切割基片1过程中吸附的颗粒较大的污渍与粉尘，然后用清水漂洗若干遍，将洗涤精冲洗干净；倒入超纯水并放到超声清洗机中超声清洗15分钟，重复两次，以减少清水清洗过程中引入的杂质离子；将超纯水洗净后的基片1放入到丙酮中进行超声清洗15分钟，去除难溶的有机物等；丙酮清洗完毕后倒入适量的无水乙醇并超声清洗15分钟，去除残留的丙酮；然后倒掉清洗完毕后的无水乙醇，最后倒入适量的超纯水对基片1液封备用。在进行薄膜的制备时，取出基片1用氮气吹干表面水分，立即放入真空腔室，并将本底真空抽至2. OX 10-3 Pa的高真空状态，基片1温度升至100 V ；(2)制备VOx/W/VOx复合薄膜；待基片1温度稳定后通入纯度为99. 999 %的高纯氩气作为工作气体使工作气压达到1 Pa，打开钨靶直流溅射电源，将溅射电流缓慢调为0. 3 A，先对钨靶表面进行预溅射清洗30 分钟，此时基片挡板和钒靶挡板为关闭状态；钨靶表面预溅射清洗完毕之后，关闭钨靶直流溅射电源和钨靶挡板，打开钒靶挡板本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）对基片进行清洗，将清洗后的基片放入高真空腔室中；（２）制备ＶＯｘ／Ｗ／ＶＯｘ复合薄膜；（２．１）将高纯度的氩气通入高真空腔室中，将金属钒靶和金属钨靶置于真空腔室中，在基片用基片挡板遮住的情况下通过开启钒靶溅射电源和钨靶溅射电源分别对金属钒靶和金属钨靶表面进行预溅射清洗，其中，溅射钒靶的时候，钨靶用钨靶挡板遮住，溅射钨靶的时候，钒靶用钒靶挡板遮住；（２．２）将高纯度的氧气通入真空腔室中，打开基片挡板，关闭钨靶挡板，开启钒靶溅射电源，沉积底层氧化钒（ＶＯｘ）薄膜；（２．３）待底层氧化钒薄膜沉积完毕后，关闭氧气，关闭钒靶溅射电源和钒靶挡板，开启钨靶溅射电源和钨靶挡板，沉积中间层金属钨（Ｗ）薄膜；（２．４）待金属钨薄膜沉积完毕后，关闭钨靶溅射电源和钨靶挡板，再次通入氧气，开启钒靶溅射电源和钒靶挡板，沉积上层氧化钒（ＶＯｘ）薄膜；（３）对沉积得到的ＶＯｘ／Ｗ／ＶＯｘ复合薄膜进行原位退火处理；（３．１）沉积得到ＶＯｘ／Ｗ／ＶＯｘ复合薄膜后，关闭氩气与氧气，使得真空室重新恢复到高真空；（３．２）再次通入氧气，升高基片温度，进行原位退火处理；（３．３）ＶＯｘ／Ｗ／ＶＯｘ复合薄膜层间氧相互扩散充分后，关闭氧气流量计，掺钨氧化钒薄膜在高真空环境下自然冷却至室温。...

【技术特征摘要】
1.一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)对基片进行清洗，将清洗后的基片放入高真空腔室中；(2)制备VOx/W/VOx复合薄膜；(2.1)将高纯度的氩气通入高真空腔室中，将金属钒靶和金属钨靶置于真空腔室中，在基片用基片挡板遮住的情况下通过开启钒靶溅射电源和钨靶溅射电源分别对金属钒靶和金属钨靶表面进行预溅射清洗，其中，溅射钒靶的时候，钨靶用钨靶挡板遮住，溅射钨靶的时候，钒靶用钒靶挡板遮住；(2. 2)将高纯度的氧气通入真空腔室中，打开基片挡板，关闭钨靶挡板，开启钒靶溅射电源，沉积底层氧化钒(VOx)薄膜；(2. 3)待底层氧化钒薄膜沉积完毕后，关闭氧气，关闭钒靶溅射电源和钒靶挡板，开启钨靶溅射电源和钨靶挡板，沉积中间层金属钨(W)薄膜；(2. 4)待金属钨薄膜沉积完毕后，关闭钨靶溅射电源和钨靶挡板，再次通入氧气，开启钒靶溅射电源和钒靶挡板，沉积上层氧化钒(VOx)薄膜；(3)对沉积得到的VOx/W/VOx复合薄膜进行原位退火处理；(3. 1)沉积得到VOx/W/VOx复合薄膜后，关闭氩气与氧气，使得真空室重新恢复到高真空；(3. 2)再次通入氧气，升高基片温度，进行原位退火处理；(3. 3) VOx/W/VOx复合薄膜层间氧相互扩散充分后，关闭氧气流量计，掺钨氧化钒薄膜在高真空环境下...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志明，蒋亚东，杜明军，罗振飞，王涛，许向东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90