[发明专利]一种可变带隙的NbMoTaWV高熵合金氧化物薄膜及其制备方法

说明书

一种可变带隙的NbMoTaWV高熵合金氧化物薄膜及其制备方法，属半导体材料技术领域。这种薄膜具有如下通式：NbMoTaWV_xO_y，x=0~2，y=0.1～7，Nb:Mo:Ta:W:V接近1:1:1:1:x；呈纳米晶或非晶态。使用射频磁控溅射法制备，整体氧化，可获得均匀致密、表面平整的氧化物薄膜。通过调整V元素的含量以及氧气分压可改变薄膜性能，使薄膜的带隙宽度在0.5～2eV区间、硬度在7～17Gpa区间、电阻率在50～1×10⁷区间变化。该薄膜性能可从导体过渡到半导体，可用于光学材料、电容器材料以及高硬耐磨材料。

技术领域

本发明涉及一种可变带隙的NbMoTaWV高熵合金氧化物薄膜及其制备方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

高熵合金(High-entropy alloys)简称HEA，是由五种或五种以上等量或近等量金属形成的一种新型合金。其性质由其组成元素共同决定，易形成单一的固溶体相，使得高熵合金表现出优异的性能：高硬度、良好的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性等。

研究表明，高熵合金整体氧化并非是生成每种元素的氧化物的集合，而是生成一种多元素高熵合金氧化物。相对于单独元素氧化物，高熵合金氧化物有以下优点：首先，高熵合金氧化物的性能特点是由所有组成元素共同决定的，可以通过改变任一组元的含量来控制其成分及性能。其次，高熵合金氧化物薄膜可以通过射频磁控溅射技术制备，制备简便，成膜均匀致密，更可以轻易改变氧分压来调整薄膜的成分，性能易调节。

NbMoTaWV高熵合金的构成组元包括五种元素，单一组元的氧化物多数是半导体，其带隙及性能特点如下：NbO₂ 和VO₂带隙宽度分别约为在0.7eV、 0.6eV，具有明显的热致相变性能，可用作智能热变窗口材料、超高速电磁脉冲保护装置、控温包装以及热传感器等。而Nb₂O₅和V₂O₅的带隙宽度则达到3.7、2.65，具有良好的电致变色性能、较高的介电常数，一般应用于阴极电致变色材料，光学材料和电容器材料等领域。此外，MoO₃、Ta₂O₅、WO₃三种氧化物的带隙宽度也在3.0以上，均表现出电致变色性能优良、漏电流小、介电常数高等特点，可用于电致变色材料、气体传感器、催化剂等。

单一氧化物薄膜性能较为固定，可调性小，而经整体氧化的高熵合金氧化物是多组元的，性能由各组元共同调控，故推测其结合各单一元素氧化物的性能，形成一种热电性能优良、高硬度以及高耐磨性的新型氧化物薄膜。

本发明要解决的技术问题是：为解决单个元素氧化物性能单一以及可调节性的问题，制备一种性能易调节、结合各组成元素金属氧化物性能的难熔高熵合金氧化物薄膜半导体材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可变带隙的NbMoTaWV高熵合金氧化物薄膜及其制备方法，要求获得性能易调节的高熵合金氧化物薄膜，通过射频磁控溅射方法在单晶硅基体上制备了可变带隙的NbMoTaWV高熵合金氧化物薄膜。

本发明采用的技术方案是：一种可变带隙的NbMoTaWV高熵合金氧化物薄膜，高熵合金氧化物薄膜具有如下通式：NbMoTaWV_xO_y，x=0~2，y=0.1～7，呈纳米晶或非晶态，该高熵合金氧化物薄膜的带隙宽度在0.5～2eV区间、硬度在7～17Gpa区间、电阻率在50～1×10⁷ 区间内可调；高熵合金氧化物薄膜从导体会过渡到半导体。