[发明专利]一种高电阻温度系数氧化钒薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及探测器和传感器技术领域，具体涉及一种高电阻温度系数氧化钒薄膜制备方法，可用于非制冷红外探测器、太赫兹探测器、传感器等基于热敏原理的敏感薄膜材料制备。

背景技术

由于具有：（a）低噪声、（b）高电阻温度系数、（c）良好的MEMS工艺兼容性和（d）集成电路工艺兼容性等优点，氧化钒薄膜作为热敏薄膜被广泛用于制备探测性能优异的微测辐射热计型非制冷焦平面阵列和相应的非制冷红外探测器。

随着太赫兹科学与技术的发展，太赫兹探测技术在安全检查、近距雷达、医学成像等多个领域都展现了广阔的应用前景。基于氧化钒薄膜的焦平面阵列探测器也是适于THz波段（0.1～10THz）目标探测与识别的一种性能优良的THz探测器。

在基于氧化钒敏感薄膜的上述器件，氧化钒热敏薄膜的电阻温度系数（TCR）是影响器件性能指标的重要参数。以非制冷焦平面阵列红外探测器为例，如式（1-1）所示，热敏薄膜的TCR越高，则其噪声等效温差（NETD）越小，探测器越灵敏。因此，氧化钒敏感薄膜制备技术成为这类器件的核心制造技术之一。

DETD1f∝Gβ·A·ϵλ1-λ2·Kv·ln(xt·ftfs)·1+ω2·(CG)2TCR---(1-1)]]>

作为重要的氧化物半导体材料，氧化钒随着氧含量的不同而具有多达13种可稳定存在的相，而不同氧化钒之间性质有很大的差别。这就使氧化钒薄膜的制备往往成为热敏器件研制中的难点。例如，用于非制冷红外焦平面阵列热敏薄膜的VOx薄膜，其氧含量x具有一定的要求，以形成混合相组成的多价态氧化钒薄膜，从而保证器件良好的性能。

目前制备氧化钒热敏薄膜的方法主要有：溶胶-凝胶（sol-gel）法、化学气相沉积（CVD）法、离子束溅射沉积法、反应磁控溅射法等。其中，sol-gel法难以实现对薄膜厚度、成分和质量的精确控制，且与MEMS工艺的兼容性较差，不适于批量制造非制冷焦平面阵列工艺。CVD法必须使用含钒离子的有机气源，这显著增加了薄膜制造成本。离子束溅射沉积法则需要辅助离子源，如果要在大尺寸基片上沉积均匀的氧化钒薄膜，则需要离子束分布均匀、束斑直径大的离子源，目前制造这种离子源的成本很高。反应磁控溅射法是目前用于制备氧化钒热敏薄膜的重要方法之一，但这种方法制备的多价态氧化钒薄膜的TCR一般仅有-2～2.5%/K。