[发明专利]一种高电阻温度系数二氧化钒薄膜及其低温沉积方法

说明书

本发明涉及一种高电阻温度系数二氧化钒薄膜及其低温沉积方法，所述薄膜由通过磁控溅射依次形成在衬底上的三氧化二钒籽晶层以及掺杂二氧化钒薄膜层构成，所述掺杂二氧化钒薄膜层的化学组成为W_xTi_yV_1‑x‑yO₂，其中0＜x＜0.1，0＜y＜0.2，x：y=（0.1～0.5）：1。本发明制备的二氧化钒薄膜结晶质量高，完全无杂相，且具有较高的电阻温度系数。

技术领域

本发明涉及探测器及传感器技术领域，具体涉及一种高电阻温度系数二氧化钒薄膜以及在低温条件下制备出高电阻温度系数二氧化钒薄膜的方法，可用于非制冷红外探测器、传感器等基于热敏原理的敏感薄膜材料的制备技术。

背景技术

氧化钒薄膜作为热敏薄膜具有响应率高、电阻温度系数高、良好的MENS工艺兼容性以及集成电路工艺兼容性等优点，因此、氧化钒薄膜作为热敏薄膜被广泛应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(韦良忠，朱汪龙、刘燕、陈黎明，一种高电阻温度系数氧化钒薄膜制备方法，专利公告授权号：CN103882389B)。基于氧化钒敏感薄膜的器件中，氧化钒薄膜的电阻温度系数(TCR)是影响器件最终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，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。另外，氧化钒薄膜的制备温度也很重要，为了保证氧化钒薄膜与器件的兼容性，制备温度不可以太高，通常需要在350℃以下，这样才能保证器件聚酰亚胺(PI)层不被破坏。氧化钒的方块电阻同样很重要，需要在一个合适的范围内(一般室温在10KΩ～200KΩ)，方块电阻过高会增大器件功耗，方块电阻过小会降低器件响应率。

作为重要的氧化物半导体材料，氧化钒随着氧含量的不同具有多达13种可稳定的相，而不同相的氧化钒都具有不同的相变特性和相变温度，性质差别很大。这就使得氧化钒薄膜的制备成为热敏器件研制的难点，因为相的多而复杂，必然会导致混合氧化钒薄膜组分的控制难度大，从而影响器件的稳定性。二氧化钒薄膜具有熔点高、相变温度接近室温、稳定性好等特点，但由于其存在热滞回线，使得其热敏特性在相变区域不可用，因此，如果能制备出纯相二氧化钒薄膜，同时消除热滞，充分利用相变区域附近电阻超高敏感特性，可望获得高电阻温度系数、高稳定的VO₂纯相薄膜，将显著提高器件的探测性能和稳定性。

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法成本虽低，但与MENS工艺兼容性差，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，这将显著增加薄膜制造成本。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。反应磁控溅射是目前用于制备氧化钒热敏薄膜的最普遍的方法之一，但这种方法由于使用金属作为靶材，可控性和重复稳定性不高。

氧化钒多晶薄膜相图复杂，故VO₂薄膜制备过程易产生杂相，并具有热滞回线。研究开发与器件兼容的低温工艺，并且获得稳定性好，重复性高，均匀性良好的高电阻温度系数氧化钒薄膜是当前氧化钒薄膜在器件方面大批量生产的关键。

发明内容

针对现有技术的以上问题，本发明的目的在于提供一种在低温条件下制备出的高电阻温度系数二氧化钒薄膜及其制备方法，采用该方法能制备出稳定性好，重复性高，均匀性良好的高电阻温度系数二氧化钒纯相薄膜，制备温度低且与MENS工艺和集成电路工艺兼容性良好，适合二氧化钒热敏薄膜器件的批量生产。