[发明专利]一种常温NTC热敏电阻薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种常温NTC热敏电阻薄膜及其制备方法；所述薄膜是以VO₂，MgV₂O₅为主要成分的一种玻璃态多混合材料。制备时，在高真空条件下，在衬底上对还原性金属靶和五氧化二钒靶进行共溅射沉积薄膜。本发明尤其利用镁原子优异的还原性能，将五氧化二钒中﹢5价钒，降价还原﹢4价制备NTC薄膜。通过改变加在镁靶和五氧化二钒靶的功率，调节薄膜中不同成分的比例，同时还可调节薄膜电阻升降温热滞，以及电阻率。相比传统制备NTC薄膜方法，本发明制备薄膜更简单，快捷，高效，且兼容各种衬底；制备出的NTC薄膜不需要高温退火，结晶状况良好；且在室温条件下具有电阻温度系数高，热滞宽度小，薄膜电阻率低，材料常数高等特点。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，具体涉及一种常温NTC热敏电阻薄膜及其制备方法；尤其涉及一种以VO₂，MgV₂O₅为主要成分的常温NTC热敏电阻薄膜及其制备方法。

背景技术

NTC热敏电阻它是一种负温度系数的热敏电阻，这种电阻值特性变现为随温度增大而减小。1940年以来，发现将某些过渡金属氧化物按照一定的比例混合，经过成型烧结以后，能够获得很大负电阻温度系数的半导体，这类氧化物半导体电阻温度系数在-(1-6)％/℃范围内。

近年来研究NTC材料的有很多，有以氧化锌为主体材料的，也有以氧化锰为主体材料的。以二氧化钒为主体的玻璃态热敏电阻材料的研究却罕见报道。

二氧化钒是一种典型的相变金属氧化物,单晶相变温度为68℃，继续升高温度，二氧化钒由半导体相转变为金属相，相变具有可逆性且存在着热滞。然而，在实际应用中要求其在室温热电阻温度系数(TCR)高，且没有热滞。目前国内外关于制备二氧化钒薄膜的研究有很多，物理制备方法可以分为直流磁控溅射，射频溅射法，脉冲激光沉积法、离子束增强沉积法等。化学制备方法大概可以分为化学气相沉积、溶胶凝胶法。这些方法制备的薄膜都是需要经历高温退火的过程，才能获得二氧化钒，制备薄膜需要掺杂其他元素的原子才能在室温条件获得TCR为-(2～4)％/℃热敏薄膜。

目前公开的制备VO₂薄膜或者金属元素掺杂VO₂薄膜的专利有很多。但由于VO₂薄膜的相变温度为67℃，在室温下TCR非常低。加上VO₂薄膜本身存在3℃左右的相变热滞，不能直接应用红外测量领域。掺杂其他金属元素虽然可以调节相变温度，将相变温度调节接近室温，但是同时会大大降低TCR值，影响了薄膜的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种常温NTC热敏电阻薄膜及其制备方法。本发明采用共溅射的方法，利用Mg原子优异的还原性能，将+5价的V化合价降低，制备出以VO₂，MgV₂O₅为主要成分的一种玻璃态的多混合材料。该材料在常温条件下(-30℃—30℃)具有电阻温度系数(TCR)高，材料常数B_n高，薄膜的电阻率低的特点。本发明的制备方法在高真空和室温条件下即可制备沉积NTC薄膜，方法更简单，快捷，高效，兼容各种硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、玻璃、蓝宝石、云母片，金属片、甚至柔性基底等各种衬底，无需高温退火，适合大规模生产，具有非常广阔的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种常温NTC热敏电阻薄膜，所述薄膜是以VO₂，MgV₂O₅为主要成分的一种玻璃态多混合材料。

所述薄膜是由还原性金属靶和五氧化二钒靶进行共溅射制备而得的。更具体是在真空条件下，在衬底上对还原性金属靶和五氧化二钒靶进行共溅射沉积制得薄膜。