氧化钒材料及其在红外探测应用的研究资料.pptVIP

VO2薄膜 组分主要为VO2的薄膜，在 68℃附近也存在一个半导体-金属相变过程，但薄膜材料受组分，结构以及微观晶界的影响，薄膜的电阻率变化远低于体材料，从 前面所介绍的内容可知VO2体材料相变前低温时的阻值是高温相变后阻值的 104～105倍。而VO2薄膜材料相变的阻值变化在 101～103倍之间。二氧化钒薄膜由于其热致相变特性可制成光电转换开关，光信息存储介质等。虽然对于VO2的研究已经取得了很多的进展，但如何制备出性能优异的薄膜以及进一步降低VO2的转换温度，却仍有待更深入的研究。 VOX氧化钒薄膜 VOx氧化钒薄膜是指存在多种价态的氧化钒成分混合的非晶或多晶薄膜，通常获得的VOx薄膜都是两种、三种甚至更多的不同价态氧化物的混合物，其结构与性质变得十分复杂。VOx主要的应用是作为探测器敏感材料应用于非制冷红外探测和红外成像技术中。高的热敏材料电阻温度系数TCR和大的探测元电阻均可以提高探测器的响应率和归一化探测率，但是实际应用中考虑到大的探测元电阻会带来较大的热噪声，会降低归一化探测率，所以在实际应用上对VOx薄膜性能的要求是：高TCR值，适当的阻值（一般选用 10~100K?），电阻温度曲线稳定，不存在突变。但一般来说阻值与TCR两个参数之间存在着相互制约的关系，TCR值大的薄膜阻值也大，而降低阻值TCR也会随之降低。已有的研究结果表明，氧化钒薄膜的热敏特性决定于所形成薄膜的化学成分计量比、结晶状态和显微结构等主要因素，而这些主要因素又决定于氧化钒薄膜的制备技术和制备工艺条件。具有适用性能的VOx薄膜相应的工艺窗口通常较窄，所以要获得具有可重复性质薄膜时，对制备条件必须加以精确控制，这是研究VOx薄膜的难点所在。 氧化钒薄膜的制备工艺 1、溅射法[4] 2、蒸发法[5] 3、脉冲激光沉积工艺（PLD）[6] 4、溶胶-凝胶法（Sol-Gel）[5] 溅射法 溅射是一种物理气相沉积(PVD)方法，由于溅射中淀积到衬底上的原子能量大，生成的薄膜具有与衬底的粘附性好、致密均匀等优点，在制备氧化钒薄膜中应用广泛。由溅射法制备的氧化钒，在室温附近具有较高的负电阻温度系数，工艺温度低，与 Si-CMOS 工艺兼容性也很好。 溅射方法主要有射频溅射、离子束溅射和RF磁控溅射。靶材一般可采用纯度很高的V2O5或金属钒。衬底可为玻璃，SiO2/Si以及蓝宝石单晶等。基片的加热温度一般为室温到 550℃。本体真空度优于 10-3Pa，腔体内一般充氧气和Ar气等惰性气体。通过改变氧分压和沉积温度，可制备不同组分的氧化钒薄膜。沉积速率与靶基距及溅射速率有关。溅射生成氧化钒，其中往往含有钒的多种氧化物，如VO2、V2O5、V2O3和VO等。可以适当控制工艺条件，并采用退火及激光烧结等处理得到所需性能的氧化钒VOx薄膜。 蒸发法 蒸发法也是最常见的薄膜淀积方法之一，它是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。 蒸发法设备简单、操作容易、成膜速率快、薄膜的生长机理比较单纯、用掩膜可以获得清晰图形。缺点是不容易获得结晶结构的薄膜，与基底附着力较小，工艺重复性不够好等。近年来又相继发展了离子束辅助蒸发、高速激活反应蒸发等技术，并通过适当控制其工艺参数，使薄膜的微观结构和转换性能都得到很大的改善。 蒸发法 真空蒸发镀膜包括以下三种基本过程： （1）热蒸发过程。包括由凝聚相转变为气相（固相或液相→气相）的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不相同的饱和蒸气压；蒸发化合物时，其组分之间发生反应，其中有些组分以气态或蒸气进入蒸发空间。 （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的运输，即这些粒子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均自由程，以及蒸发源到基片之间的距离，常称源—基距。 （3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即是蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。由于基板温度远低于蒸发源温度，因此，沉积物分子在基板表面将直接发生从气相到固相的相转变。 * 脉冲激光沉积工艺（PLD） 脉冲激光沉积工艺是近年来发展起来的真空物理沉积新工艺，它是利用大功率激光将靶材加热至熔融状态，使靶材中的原子喷射出来淀积在距离很近(约几厘米)的衬底上。常用准分子激光为脉冲激光源。脉冲宽度在 10ns左右，脉冲频率约 5~50Hz，沉积真空度优于 10-3Pa，工作室的窗口材料是石英，照射在靶上的激光能流是 1~5J/cm2。靶可由V2O5