化釩相變溫度的連續(xù)可調(diào)，相變溫度降低幅度可達O?80°C，甚至更高。
[0045]作為示例，采用激光脈沖沉積法在藍寶石襯底的(0001)面上外延一層200nm厚的純相二氧化釩薄膜，為了對比不同注入劑量對相變溫度的影響，制作了四個樣品。將其中一個樣品作為原始樣品，對其余三個樣品分別進行Ne離子注入，注入能量為lOOkeV，注入劑量分別為01、02、03，其中，D1〈D2〈D3，氣體離子注入后未經(jīng)退火。然后對未進行Ne離子注入的二氧化釩樣品和三種不同注入劑量的二氧化釩樣品分別進行電學測量。本實施例中，Ne離子注入劑量范圍優(yōu)選為IElO?lE18cm2。作為示例，Dl = lE14cm 2，D2 = 5E14cm2，D3 = lE15cm2。
[0046]圖2顯示為二氧化釩薄膜在不同Ne離子注入劑量前后的電阻-溫度曲線圖。如圖2所示，經(jīng)過Ne離子注入后，二氧化釩的相變溫度都得到了降低。如注入劑量Dl的樣品在57°C處電阻發(fā)生突變，相變溫度從68°C降至57°C。同樣的，注入劑量為D2、D3的樣品相變溫度分別降至30°C和0°C。值得注意的是，注入劑量為D3的樣品在低溫區(qū)域(150K-250K)，其電阻與溫度呈現(xiàn)指數(shù)遞減關系，因而該二氧化釩薄膜可以用來作為超級敏感的低溫溫度計或者超級敏感的應變片。
[0047]圖3顯示為二氧化釩薄膜的相變溫度與離子注入劑量的關系曲線，采用了兩種測試手段:電子傳輸測試及Raman測試?？梢姡瑑煞N測試的結果趨勢一致，即注入劑量越高，相變溫度越低。因此，本發(fā)明能夠通過改變氣體離子的注入劑量來實現(xiàn)氧化釩相變溫度的連續(xù)可調(diào)。
[0048]需要指出的是，本發(fā)明的相變型氧化釩材料的制備方法是一種后處理過程，即先制備好所述氧化釩基材，再對其進行氣體離子注入，得到的相變型氧化釩材料可為其原始形態(tài)，如薄膜形態(tài)、圖形化納米結構、塊體等。其中，所述圖形化納米結構可以為納米線，或其它常規(guī)應用器件形狀，其可通過光刻、顯影、刻蝕等常規(guī)半導體手段來實現(xiàn)，此處不應過分限制本發(fā)明的保護范圍。當然，對于進行氣體離子注入之后得到的相變型氧化釩材料，也可進一步將其研磨為粉體來進行相應的應用。
[0049]此外，上述示例中，所述氧化釩基材的材料是純相的氧化釩，在另一實施例中，所述氧化釩基材的材料也可以是經(jīng)過摻雜或者經(jīng)過其他各種處理的氧化釩。同時，Ne離子注入也可采用O、N、H、He、Ar及Xe中的至少一種來代替。
[0050]進一步的，由于本發(fā)明的相變型氧化釩材料的制備方法是一種后處理過程，因而本發(fā)明可以與其它調(diào)節(jié)相變溫度的方法兼容。即在制備氧化釩基材過程中，可采用摻雜濺射靶材或者改變氧壓等現(xiàn)有方式對氧化釩的相變溫度進行預調(diào)控，得到相變溫度經(jīng)過預調(diào)控的氧化釩基材之后，再采用本發(fā)明的氣體離子注入法對相變溫度進一步調(diào)節(jié)。本發(fā)明與其他相變溫度調(diào)節(jié)方法相結合，能夠實現(xiàn)的相變溫度調(diào)節(jié)范圍會更大，可以實現(xiàn)對氧化釩相變溫度從-100?100°C的大范圍連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0051]本發(fā)明的相變型氧化釩材料的制備方法步驟簡單，整個工藝流程只需要氣體離子注入這一步(可選擇性地增加退火步驟來調(diào)整氧化釩中注入氣泡的形成情況，進一步調(diào)整應力應變及相變溫度)，沒有復雜的工藝過程，操作簡便，工藝重復性好。同時，本發(fā)明的相變型氧化釩材料的制備方法靈活性好，通過改變氣體離子的注入劑量，可以連續(xù)調(diào)節(jié)氧化釩的相變溫度，從而得到的相變型氧化釩材料可適用于多種應用領域。
[0052]實施例二
[0053]本實施例與實施例一采用基本相同的技術方案，不同之處在于，實施例一中是改變氧化釩基材的整體相變溫度，而本實施例中，僅改變氧化釩基材局部區(qū)域的相變溫度。
[0054]如圖4所示，首先在襯底I上制備二氧化釩薄膜2，再對所述二氧化釩薄膜2進行氣體離子注入，其中，進行氣體離子注入時，采用了掩膜版3，所述掩膜版3僅暴露出所述二氧化釩薄膜2的部分區(qū)域，從而氣體離子僅注入該暴露的區(qū)域，實現(xiàn)氧化釩基材的局部區(qū)域相變溫度的改變。這種局部區(qū)域相變溫度改變的相變型氧化釩材料在制備Thz超材料結構方面及其它二氧化釩器件方面具有良好應用前景。
[0055]綜上所述，本發(fā)明的相變型氧化釩材料及其制備方法，具有以下有益效果:(I)靈活性強:本發(fā)明通過對氧化釩基材進行氣體離子注入，改變氧化釩基材內(nèi)部的應力應變的狀況，促使氧化釩相變溫度向理想的方向調(diào)節(jié)。通過改變氣體離子的注入劑量，可以連續(xù)調(diào)節(jié)氧化釩的相變溫度。(2)兼容其它相變溫度調(diào)節(jié)方式:本發(fā)明是一種后處理過程，進行氣體離子注入的氧化釩基材材料既可以是純相的氧化釩，也可以是經(jīng)過摻雜或者經(jīng)過其他各種處理的氧化釩。由于進行氣體離子注入的是已經(jīng)制備好的氧化釩基材，因而可以與在制備氧化釩基材過程中采用摻雜濺射靶材或者改變氧壓等調(diào)節(jié)相變溫度的方法兼容。本發(fā)明與其他相變溫度調(diào)節(jié)方法相結合，能夠實現(xiàn)的相變溫度調(diào)節(jié)范圍會更大。(3)可實現(xiàn)區(qū)域相變溫度調(diào)節(jié):由于本發(fā)明是采用氣體離子注入調(diào)節(jié)相變溫度，因而可以在整個氧化釩基材需要進行相變溫度調(diào)節(jié)的區(qū)域利用掩膜版進行氣體離子注入，從而實現(xiàn)氧化釩基材的區(qū)域相變溫度調(diào)節(jié)，為氧化釩器件的制備提供了一個新的方向。(4)步驟簡單:由于本發(fā)明整個工藝流程只需要氣體離子注入這一步，沒有復雜的工藝過程，操作簡便，工藝重復性好。當然，后續(xù)可通過進一步退火來調(diào)整氧化釩中注入氣泡的形成情況，進一步調(diào)整應力應變及相變溫度。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0056]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供氧化釩基材，對所述氧化釩基材進行氣體離子注入，得到具有預設相變溫度的相變型氧化釩材料。2.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:所述氣體離子包括O、N、H、He、Ne、Ar及Xe中的至少一種。3.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:通過調(diào)整氣體離子的注入劑量來調(diào)控所述預設相變溫度。4.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:所述氧化釩基材為薄膜、圖形化納米結構或塊體。5.根據(jù)權利要求4所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:對所述氧化釩基材進行氣體離子注入得到具有預設相變溫度的相變型氧化釩材料之后，將所述相變型氧化釩材料研磨為粉體。6.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:利用掩膜版對所述氧化釩基材進行氣體離子注入，在所述氧化釩基材的局部區(qū)域得到具有預設相變溫度的相變型氧化釩材料。7.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:所述氧化釩基材的材料包括V02、W、V2O3或V 205。8.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:所述氧化釩基材的材料為純相氧化釩或摻雜氧化釩。9.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:所述氧化釩基材為通過磁控濺射法、離子束輔助沉積法、化學氣相沉積法、真空熱蒸發(fā)法、電子束蒸發(fā)法、激光脈沖沉積法或溶液凝膠法制備于襯底上的二氧化釩薄膜。10.根據(jù)權利要求9所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:所述襯底為石英玻璃、普通玻璃、藍寶石、T12襯底、云母片或硅片。11.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:所述氧化釩基材為二氧化釩薄膜，其中，在制備所述二氧化釩薄膜的過程中，通過摻雜濺射靶材或者改變制備過程中的氧壓對所述二氧化釩薄膜的相變溫度進行預調(diào)控。12.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:對所述氧化釩基材進行氣體離子注入得到具有預設相變溫度的相變型氧化釩材料之后，進一步對所述相變型氧化釩材料進行退火。13.根據(jù)權利要求12所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:退火溫度范圍是25?1000°C，退火氣氛包括02及Ar中的至少一種。14.根據(jù)權利要求1所述的相變型氧化釩材料的制備方法，其特征在于:氣體離子注入能量范圍是50eV?IMeV，氣體離子注入劑量范圍是IEl?lE20cm 2，氣體離子注入溫度范圍是-100 ?1000Co15.一種采用如權利要求1?14任意一項所述方法制備的相變型氧化釩材料。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種相變型氧化釩材料及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟：提供氧化釩基材，對所述氧化釩基材進行氣體離子注入，得到具有預設相變溫度的相變型氧化釩材料。后續(xù)可選擇性地通過進一步退火來調(diào)整氧化釩中注入氣泡的形成情況，進一步調(diào)整應力應變及相變溫度。本發(fā)明的相變型氧化釩材料的制備方法步驟簡單，工藝重復性好，靈活性強，通過改變氣體離子的注入劑量，可以連續(xù)調(diào)節(jié)氧化釩的相變溫度。同時，本發(fā)明兼容性好，可與其它相變溫度方法相結合，實現(xiàn)更大的相變溫度調(diào)節(jié)范圍。本發(fā)明還可實現(xiàn)區(qū)域相變溫度調(diào)節(jié)，為氧化釩器件的制備提供了一個新的方向。
【IPC分類】C23C14/48, C23C14/58
【公開號】CN105088166
【申請?zhí)枴緾N201510524327
【發(fā)明人】歐欣, 賈棋, 黃凱, 王曦
【申請人】中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月24日