專利名稱：一種制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于薄膜熱處理的，尤其涉及氧化釩薄膜的快速熱處理的方法。
背景技術(shù)：
二氧化釩是一種熱敏和光敏材料。二氧化釩在低溫時為單斜金紅石結(jié)構(gòu)；高溫時轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇鸺t石結(jié)構(gòu)，相變溫度為68°C。在相變點附近二氧化釩的電阻率、磁化率和對光的透射率等都會發(fā)生可逆突變。由于二氧化釩具有這些特性，其在紅外探測器、存儲器、光通訊以及智能窗等方面有著廣泛的應(yīng)用。制備二氧化釩薄膜的方法主要有磁控濺射法、蒸發(fā)法、溶膠_凝膠法以及脈沖激光沉積法。所獲得二氧化釩樣品需經(jīng)過熱處理才能具有相變特性。因為四價釩是一個中間價態(tài)，在制備過程中工藝窗口很窄，因此制備過程需要對工藝條件精確控制，才能獲得以四價釩為主的氧化釩薄膜。未經(jīng)過熱處理的氧化釩不具備相變特性。目前，國內(nèi)主要是采用氮氣保護熱處理和真空熱處理這兩種常規(guī)熱處理方法，這兩種熱處理方法需要花費數(shù)小時在升溫、保溫以及降溫過程中，真空熱處理還需要花費時間抽真空。快速熱處理是一種高效的熱處理方法。由于加熱機制不一樣，快速退火裝置可以在數(shù)秒內(nèi)將樣品加熱到近千攝氏度，升溫速度極快。同時熱處理保溫時間也很短，一般都在數(shù)分鐘以內(nèi)，短則數(shù)秒鐘。大大縮短了工藝時間和周期。采用快速熱處理法處理二氧化釩薄膜并獲得其相變特性的工藝技術(shù)還未有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二氧化釩薄膜的快速、高效的熱處理方法，以達到優(yōu)化二氧化釩薄膜結(jié)晶和成分從而提高其電學和光學性能、縮短熱處理時間和工藝周期、節(jié)能高效的目的。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。具有如下步驟(1)將硅片切割成規(guī)定形狀的襯底，浸泡于無水乙醇中，超聲波清洗10分鐘，再用去離子水沖洗干凈，烘干；(2)將步驟(1)中清洗好的硅襯底置于真空室，采用對靶磁控濺射法在潔凈的硅襯底上淀積一層氧化釩薄膜；所用靶材為質(zhì)量純度為99. 99%的金屬釩，抽本體真空至 2. 5X IO-4Pa ；通入氬氣和氧氣，以氬氣為工作氣體，以氧氣為反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣流量分別為30-55sccm和0. 8-1. 3sccm ；調(diào)節(jié)工作壓強至1. 0-2. OPa時開始濺射，濺射時間為 10-30分鐘；(3)將步驟(2)濺射完的氧化釩薄膜制品放進快速退火爐中，設(shè)置退火溫度為 5000C -550°C，升溫速率為50°C /s，保溫時間10_30s，降溫時間在3分鐘以內(nèi)，保護氣體為氮氣，降溫時氮氣流量均為lOslpm，升溫以及保溫時氮氣流量為3slpm，制成二氧化釩薄膜；(4)測量制品電阻溫度系數(shù)以及太赫茲透過率。所述步驟(1)的襯底尺寸為2cmX2cm的正方形襯底。所述步驟(2)的淀積氧化釩薄膜采用DPS-III型超高真空對靶磁控濺射設(shè)備。所述步驟(2)的氬氣和氧氣的質(zhì)量純度均為99. 999%。所述步驟(3)的退火爐采用Allwin21 corp. USA公司生產(chǎn)的AG610型快速退火爐。所述步驟(3)的氮氣的質(zhì)量純度為99. 999%。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種二氧化釩薄膜的快速、高效的熱處理方法，大大縮短了熱處理的時間，對二氧化釩薄膜制品快速熱處理10-30s(保溫時間)可獲得明顯的相變特性；工藝控制簡單可重復性高，適用于大面積生產(chǎn)，同時二氧化釩薄膜的電學和光學性能快速熱處理條件下得到了優(yōu)化。


圖1是實施例1的阻溫曲線；
圖2是實施例1的太赫茲透過率曲線
圖3是實施例2的阻溫曲線；
圖4是實施例2的太赫茲透過率曲線
圖5是實施例3樣品阻溫曲線；
圖6是實施例3的太赫茲透過率曲線。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。實施例1(1)將硅片切割成尺寸為2cmX2cm的正方形襯底，浸泡于無水乙醇，超聲波清洗 10分鐘，再用去離子水沖洗干凈，烘干；(2)將步驟1)中清洗好的硅襯底置于真空室，抽本體真空至2. 5 X IO-4Pa0通入氬氣和氧氣，氬氣和氧氣流量分別為30SCCm和0. 8sccm ；調(diào)節(jié)工作壓強至1. OPa時開始濺射， 濺射時間為15分鐘；(3)將步驟2)樣品放進快速退火爐中，設(shè)置退火溫度為500°C;升溫速率為50°C / s ；保溫時間10s。降溫時保護氣體氮氣(質(zhì)量純度為99. 999% )流量均為lOslpm，升溫以及保溫時氮氣流量為3slpm ；(4)測量該樣品電阻溫度系數(shù)(TCR)以及太赫茲透過率，如圖1和圖2。從圖中可以看出二氧化釩薄膜已經(jīng)具有明顯的相變特性且相變前后對太赫茲波具有調(diào)制作用，即高溫時太赫茲波德透過率明顯降低。實施例2操作步驟同實施例1，工藝條件對應(yīng)更改為氬氣和氧氣流量分別為55sCCm和 1. 3sccm ；工作壓強至2. OPa ；濺射時間30分鐘；退火溫度550°C，保溫時間30s。測量該樣品電阻溫度系數(shù)(TCR)及太赫茲透過率曲線，如圖3和圖4。從圖中可以看出相變點明顯向低溫移動為47°C，更接近室溫。一般通過對二氧化釩摻雜才能實現(xiàn)相變點的降低，現(xiàn)在通過改變快速熱處理條件就能實現(xiàn)。實施實3操作步驟同實施例1，工藝條件對應(yīng)更改為氬氣和氧氣流量分別為48sCCm和 1. 2sccm ；工作壓強至2. OPa ；濺射時間15分鐘；退火溫度500°C，保溫時間15s。測量該樣品電阻溫度系數(shù)(TCR)及太赫茲透過率曲線，如圖5和圖6。
權(quán)利要求
1.一種制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法，具有如下步驟(1)將硅片切割成規(guī)定形狀的襯底，浸泡于無水乙醇中，超聲波清洗10分鐘，再用去離子水沖洗干凈，烘干；(2)將步驟(1)中清洗好的硅襯底置于真空室，采用對靶磁控濺射法在潔凈的硅襯底上淀積一層氧化釩薄膜；所用靶材為質(zhì)量純度為99. 99%的金屬釩，抽本體真空至 2. 5X IO-4Pa ；通入氬氣和氧氣，以氬氣為工作氣體，以氧氣為反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣流量分別為30-55sccm和0. 8-1. 3sccm ；調(diào)節(jié)工作壓強至1. 0-2. OPa時開始濺射，濺射時間為 10-30分鐘；(3)將步驟(2)濺射完的氧化釩薄膜制品放進快速退火爐中，設(shè)置退火溫度為 5000C _550°C，升溫速率為50°C /s，保溫時間10_30s，降溫時間在3分鐘以內(nèi)，保護氣體為氮氣，降溫時氮氣流量均為lOslpm，升溫以及保溫時氮氣流量為3slpm，制成二氧化釩薄膜；(4)測量制品電阻溫度系數(shù)以及太赫茲透過率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法，其特征在于，所述步驟(1) 的襯底尺寸為2cm X 2cm的正方形襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法，其特征在于，所述步驟(2) 的淀積氧化釩薄膜采用DPS-III型超高真空對靶磁控濺射設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法，其特征在于，所述步驟(2) 的氬氣和氧氣的質(zhì)量純度均為99. 999%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法，其特征在于，所述步驟(3) 的退火爐采用Allwin21 corp. USA公司生產(chǎn)的AG610型快速退火爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法，其特征在于，所述步驟(3) 的氮氣的質(zhì)量純度為99. 999%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備二氧化釩薄膜快速熱處理的方法，步驟為(1)將硅片切成襯底，清洗干凈并烘干；(2)將步驟(1)的硅襯底置于真空室，采用對靶磁控濺射法在硅襯底上淀積一層氧化釩薄膜；所用靶材為99.99％的金屬釩，氬氣為工作氣體，氧氣為反應(yīng)氣體；(3)將步驟(2)濺射完的氧化釩薄膜制品放進快速退火爐中，退火溫度500℃-550℃，升溫速率50℃/s，保溫時間10-30s，降溫在3分鐘以內(nèi)，保護氣體為氮氣，制成二氧化釩薄膜；(4)測量。本發(fā)明縮短了熱處理時間，對二氧化釩薄膜制品快速熱處理10-30s可獲得明顯的相變特性，工藝控制簡單，可重復性高，適用于大面積生產(chǎn)，其電學和光學性能也得到了優(yōu)化。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于紅外探測器、存儲器、光通訊等領(lǐng)域。
文檔編號C23C14/35GK102212782SQ201110136230
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者后順保, 呂志軍, 梁繼然, 胡明, 陳濤 申請人:天津大學