一种氧化钒薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，涉及一种氧化钒薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属钒与氧气反应可形成复杂的钒氧化物系统，化学计量比具有多种形式。其中大多数钒氧化物在热激励作用下可发生绝缘体-金属的转变，且具有不同的相变温度。在所有钒的氧化物中，由于二氧化钒的相变温度为68°C，最接近室温，受到科研工作者的广泛关注。其热致相变特性主要表现为，在低温时为半导体相，随着温度的逐渐升高，到达相变温度点后，变为金属相，相变的数量级可达4-5个，并且为一级可逆的相变。在二氧化钒发生相变的同时，其电学、光学、磁学等性质也将发生很大的变化。在研宄氧化钒材料的相变特性时，研宄人员将氧化钒制成薄膜的形式，使其具有良好延展性，而且氧化钒薄膜质量轻、体积小，一些制备氧化钒薄膜的手段还可以与半导体制备工艺完美兼容，这在很大程度上拓展了它的应用价值。如:应用于智能窗、光电开关、相变存储器、红外探测器、THz波调制等领域。为使氧化钒薄膜在上述领域更好地应用，氧化钒薄膜应具有高的相变幅度，从而提高器件的灵敏度。
[0003]而作为气敏传感器而言，高灵敏度，快的响应/恢复时间、较低的工作温度是非常重要的。其中灵敏度作为一个评判气敏元件对所测气体敏感程度的物理量，它的提升对于气敏传感器而言是非常重要的。其中薄膜的微观形貌这一因素，它与气敏传感器的灵敏度具有非常重要的关系。因为薄膜的微观形貌极大的影响了气敏传感器的比表面积。而薄膜比表面积的提升可增大所测气体与薄膜的接触面积，促进反应的进行，提高传感器的灵敏度。因此，对于氧化钒薄膜气敏传感器而言，优化薄膜的微观形貌，提高薄膜比表面积显得尤为重要。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种氧化钒薄膜及其制备方法，克服现有技术中氧化钒薄膜相变幅度低、灵敏度不高的问题。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种氧化钒薄膜，由以下方法制得:
[0007](I)清洗三氧化二铝基底:
[0008]采用三氧化二铝作为基底，将三氧化二铝基底依次放入丙酮溶剂、无水乙醇中分别超声振荡15-20min，除去表面有机物杂质；随后将三氧化二铝基底从无水乙醇中取出烘干备用；
[0009](2)磁控溅射制备金属钒的薄膜:
[0010]采用磁控溅射仪在三氧化二铝基底上沉积纯的金属钒膜，沉积靶材选用纯度大于99%的金属钒靶，将步骤(I)中清洗好的三氧化二铝基底放入真空室内，抽本体真空至(3.0-4.0) X 10_4Pa ；以质量纯度大于99 %的氩气作为工作气体，控制氩气流量为45-50sccm，溅射的工作压强为1.0-2.0pa，溅射功率为120-180W，溅射时间为10_30min，溅射时的基底温度为室温；
[0011](3)快速退火制备氧化钒薄膜:
[0012]将步骤(2)制得的纯金属钒膜放入快速退火炉中，将钒膜氧化为氧化钒薄膜，通过控制退火中的氧气流速来改变薄膜的微观形貌，结晶性能及相变幅度，退火过程中设置的退火参数如下:退火时的保温温度为420-480 °C，升温时间为8-12s，保温时间为100-180S，降温时间为80-100S，反应气体为纯的氧气，升温和保温时的氧气流速为2.5_5slpm，降温时的氧气流速为8-lOslpm。
[0013]一种氧化钒薄膜制备方法，包括以下步骤:
[0014](I)清洗三氧化二铝基底:
[0015]采用三氧化二铝作为基底，将三氧化二铝基底依次放入丙酮溶剂、无水乙醇中分别超声振荡15-20min，除去表面有机物杂质；随后将三氧化二铝基底从无水乙醇中取出烘干备用；
[0016](2)磁控溅射制备金属钒的薄膜:
[0017]采用磁控溅射仪在三氧化二铝基底上沉积纯的金属钒膜，沉积靶材选用纯度大于99%的金属钒靶，将步骤(I)中清洗好的三氧化二铝基底放入真空室内，抽本体真空至(3.0-4.0) X 10_4Pa ；以质量纯度大于99 %的氩气作为工作气体，控制氩气流量为45-50sccm，溅射的工作压强为1.0-2.0pa，溅射功率为120-180W，溅射时间为10_30min，溅射时的基底温度为室温；
[0018](3)快速退火制备氧化钒薄膜:
[0019]将步骤(2)制得的纯金属钒膜放入快速退火炉中，将钒膜氧化为氧化钒薄膜，通过控制退火中的氧气流速来改变薄膜的微观形貌，结晶性能及相变幅度，退火过程中设置的退火参数如下:退火时的保温温度为420-480 °C，升温时间为8-12s，保温时间为100-180S，降温时间为80-100S，反应气体为纯的氧气，升温和保温时的氧气流速为2.5_5slpm，降温时的氧气流速为8-lOslpm。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]I)制备的氧化钒薄膜颗粒尺寸在纳米级别。制备工艺简单，参数较少且可容易控制，大大缩短制备时间，提高了重复性。
[0022]2)提供了一种快速制备高相变幅度氧化钒薄膜的方法。通过增加退火中的氧气流速，大大提高了薄膜的相变幅度，对于器件灵敏度提高具有重要意义。
[0023]3)提供了一种增大氧化钒薄膜比表面积的方法。在一定范围内，通过增加退火中的氧气流速，使得薄膜的微观形貌发生改变，表面变得疏松多孔，提高了薄膜的比表面积，对于气敏传感器灵敏度提高具有重要意义。
【附图说明】
[0024]图1是磁控溅射制备的纯金属钒膜的原子力显微镜图形；
[0025]图2是实施例1中氧化钒薄膜的X射线衍射图；
[0026]图3(a)是实施例1中氧化钒薄膜的扫描电子显微镜图形；
[0027]图3(b)是实施例1中氧化钒薄膜的原子力显微镜图形；
[0028]图4是实施例1中氧化钒薄膜方块电阻随温度变化的曲线图；
[0029]图5(a)是实施例2中氧化钒薄膜的扫描电子显微镜图形；
[0030]图5(b)是实施例2中氧化钒薄膜的原子力显微镜图形；
[0031]图6是实施例2中氧化钒薄膜方块电阻随温度变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0033]本发明所用原料均采用市售化学纯试剂。
[0034]实施例1
[0035]I)三氧化二铝基底的清洗
[0036]将R向的三氧化二销基底(IcmXlcm)依次放入丙酮、无水乙醇中超声振荡15min，然后将基底取出，烘干备用。
[0037]2)磁控溅射制备金属钒的薄膜
[0038]采用DPS-1II型超高真空直流对靶磁控溅射仪在三氧化二铝基底上沉积纯的金属钒膜。沉积靶材选用纯度为99.999%的金属钒