专利名称：金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法
技术领域：
本发明是关于氧化钒薄膜热敏电阻的，尤其涉及采用金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法。
背景技术：
氧化钒薄膜VOx在室温下具有较高的电阻温度系数，能达到-3X10—2K—'以上，是一般金属 薄膜的5 10倍，是目前用来制作热敏传感器、红外探测器和红外成像器件的理想材料。目 前，制备氧化钒薄膜的主要方法是反应溅射镀膜法，即在真空室内，同时通入氩气和氧气， 氩气作为保护气体，氧气作为反应气体。溅射金属钒的同时，氧和钒直接反应形成氧化钒薄 膜，这种制备方法，需要的条件非常严格，需要同时控制较多参数，较为复杂。而金属氧化 法将制备氧化钒薄膜的过程分为两步首先，利用直流对靶磁控溅射的方法在衬底上制备金 属钒薄膜，然后对其退火氧化得到具有较高电阻温度系数的氧化钒薄膜。溅射金属钒薄膜需 要控制工作压强和溅射时间两个条件；退火氧化需要控制退火温度和退火时间两个条件，这 四个条件分为两步实施，减少了互相影响，更易于控制，所制备的氧化钒薄膜具有较高的电 阻温度系数。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的控制参数较多、工艺复杂的缺点，提供一种金属氧化法 制备具有较高电阻温度系数的氧化钒薄膜的方法，该方法制备的氧化钒薄膜的电阻温度系数 达到-3X 1011以上，制备方法简单。
本发明的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，具有如下步骤-
(1) 制备SisN4衬底
本体真空4.5X10—，a;工作气体N仏和用&稀释的SiH4;工作气压4. 3Pa; Mi和用 N2流量分别为:12ml/min和38ml/min;衬底温度IO(TC，淀积12分钟；制得51凡层硅片； 将表面生长了 Si3N4层的硅片切割成尺寸为2cmX lcm的Si3N4衬底，以备镀制金属钒薄膜；
(2) 制备纯金属钒薄膜
将制得的Si3N4衬底置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质中量纯度为99. 9% 的金属钒作为靶材，在质量纯度为99. 999%的氩气作为工作气体以本体真空度为(5 6) X10々a，溅射工作气压为1 2.0Pa，溅射时间为10 20min， Ar气体流量为48ml/min，制 得纯金属钒薄膜；
(3) 退火氧化将制得的金属钒薄膜，置于退火炉内，退火环境为大气环境，退火温度为400 50(TC， 退火氧化时间为1 2h。
所述步骤(1)的Si^层度为5000A。
所述步骤(1)的衬底为氮化硅衬底、玻璃衬底或者导电玻璃衬底。 所述步骤(2)的优选的溅射工作气压为1Pa、溅射时间为20min。
所述步骤(2)的高真空对靶磁控溅射设备的真空室为DPS-III型高真空对靶磁控溅射设 备的真空室。
所述步骤(3)的优选的退火温度为400'C、退火时间为1.5h。 所述步骤(3)的退火温度控制采用微型数字式温度控制器。
本发明的有益效果是，提供了一种易于控制、工艺简单的金属氧化法制备具有较高电阻 温度系数的氧化钒薄膜的方法，该方法制备的氧化钒薄膜的电阻温度系数达到-3X10—以 上，拓展了氧化钒薄膜的制备方法。
图1是实施例1的阻温特性曲线图； 图2是实施例2的阻温特性曲线图。
具体实施方式
本发明所用原料采用常规的市售化学纯原料。 实施例1
(1) 制备Si3N4工艺条件本体真空4.5X10—卞a;工作气体朋4和用N2稀释的SiH4; 工作气压4. 3Pa; Mi和用N2流量分别为12ml/min和38ml/min;衬底温度100°C，淀积 12分钟。S"N4厚度约为5000A。将表面生长了 Si美层的硅片切割成尺寸为2cmXlcm的长方 形衬底，以备镀制金属钒薄膜；
(2) 将步骤(1)制得的Si3N4衬底置于DPS-m型超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，
采用质中量纯度为99. 9%的金属钒作为靶材，在质量纯度为99. 999%的氩气作为工作气体。 以本底真空度为5Xl(TPa,溅射工作气压为1Pa，溅射时间为20min，Ar气体流量为48ral/min， 制备出金属钒薄膜。
(3) 将步骤(2)制得的金属钒薄膜，置于退火炉内，退火环境为大气环境，退火炉的 封盖可以较好的将样片封闭在相对稳定的退火气氛中，但由于不是完全密封容器，也不可避 免的受外界环境的影响。温度控制采用微型数字式温度控制器。退火温度设定为400°C，退 火氧化时间为1.5h。
实施例1制得的氧化钒薄膜其主要成分为VA，室温下阻值36kQ ，室温附近电阻温度系 数-3.26X10—2K—',其电阻温度系数较高，阻值适用于微测辐射热计用热敏电阻。 实施例1的阻温特性曲线如图1所示。实施例2
(1) 制备Si3N4工艺条件:本体真空4.5X10—'Pa;工作气体N&和用N,稀释的SiH4; 工作气压4.3Pa; N仏和用Na流量分别为12ml/min和38ml/tnin;衬底温度100'C，淀积 12分钟。Si3Nl4厚度约为5000A。将表面生长了 Si3N4层的硅片切割成尺寸为2cmXlcm的长方
形衬底，以备镀制金属钒薄膜；
(2) 将步骤(1)制得的Si美衬底置于DPS-III型超高真空对靶磁控溅射设备的真空室， 采用质中量纯度为99.9%的金属钒作为靶材，在质量纯度为99. 999%的氩气作为工作气体。 以本底真空度为5X10—卞a，溅射工作气压为2Pa，溅射时间为10min， Ar气体流量为48ml/min， 制备出金属钒薄膜。
(3) 将步骤(2)制得的金属钒薄膜，置于退火炉内，退火环境为大气环境，退火炉的 封盖可以较好的将样片封闭在相对稳定的退火气氛中，但由于不是完全密封容器，也不可避 免的受外界环境的影响。温度控制采用微型数字式温度控制器。退火温度设定为40(TC，退 火氧化时间为2h。
实施例2制得的氧化钒薄膜室温电阻28 kQ ，电阻温度系数-l. 5X 101—、
实施例2的阻温特性曲线如图2所示。
实施例3
(1) 制备Si扎工艺条件本体真空4.5X10—'Pa;工作气体NH,和用M，稀释的SiH4; 工作气压4.3Pa; NH4和用N2流量分别为:12ml/min和38ml/tnin;衬底温度100'C，淀积 12分钟。Si^厚度约为5000A。将表面生长了 Si3N4层的硅片切割成尺寸为2cmXlcm的长方 形衬底，以备镀制金属钒薄膜；
(2) 将步骤(1)制得的Si3N4衬底置于DPS-III型超高真空对靶磁控溅射设备的真空室， 采用质中量纯度为99. 9%的金属钒作为靶材，在质量纯度为99. 999%的氩气作为工作气体。 以本底真空度为5X10，a，溅射工作气压为2Pa,溅射时间为20min，Ar气体流量为48ml/min， 制备出金属钒薄膜。
(3) 将步骤(2)制得的金属钒薄膜，置于退火炉内，退火环境为大气环境，退火炉的 封盖可以较好的将样片封闭在相对稳定的退火气氛中，但由于不是完全密封容器，也不可避 免的受外界环境的影响。温度控制采用微型数字式温度控制器。退火温度设定为500°C，退 火氧化时间为lh。
实施例3制得的氧化钒薄膜室温电阻312 k Q ，电阻温度系数-l. 28X 10_2r。 实施例4
(1) 制备Si3N4工艺条件:本体真空4.5X10—卞a;工作气体NH,和用^稀释的SiH4; 工作气压4. 3Pa; N仏和用N2流量分别为:12ml/min和38ml/min;衬底温度IOO'C，淀积 12分钟。Si凡厚度约为5000A。将表面生长了 SiA层的硅片切割成尺寸为2cmXlcm的长方 形衬底，以备镀制金属钒薄膜；
(2) 将步骤(1)制得的Si3N4衬底置于DPS-III型超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质中量纯度为99.9%的金属钒作为靶材，在质量纯度为99. 999%的氩气作为工作气体。 以本底真空度为5Xl(TPa，溅射工作气压为1.5Pa，溅射时间为10min， Ar气体流量为 48ml/min，制备出金属钒薄膜。
(3)将步骤(2)制得的金属钒薄膜，置于退火炉内，退火环境为大气环境，退火炉的 封盖可以较好的将样片封闭在相对稳定的退火气氛中，但由于不是完全密封容器，也不可避 免的受外界环境的影响。温度控制采用微型数字式温度控制器。退火温度设定为500°C，退 火氧化时间为1.5h。
实施例4制得的氧化钒薄膜室温电阻87 kQ，电阻温度系数-1.05X10—2K—、
实施例5
(1) 制备Si3N4工艺条件本体真空4.5X10—'Pa;工作气体朋4和用&稀释的SiH4;
工作气压4.3Pa; NH4和用N2流量分别为:12ml/min和38ml/min;衬底温度IOO'C，淀积 12分钟。Si具厚度约为5000A。将表面生长了 Si3N4层的硅片切割成尺寸为2cmXlcm的长方 形衬底，以备镀制金属钒薄膜；
(2) 将步骤(1)制得的Si氛衬底置于DPS-III型超高真空对靶磁控溅射设备的真空室， 采用质中量纯度为99.9%的金属钒作为靶材，在质量纯度为99. 999%的氩气作为工作气体。 以本底真空度为5X10—卞a，溅射工作气压为1Pa，溅射时间为15min，Ar气体流量为48ml/min， 制备出金属钒薄膜。
(3) 将步骤(2)制得的金属钒薄膜，置于退火炉内，退火环境为大气环境，退火炉的 封盖可以较好的将样片封闭在相对稳定的退火气氛中，但由于不是完全密封容器，也不可避 免的受外界环境的影响。温度控制采用微型数字式温度控制器。退火温度设定为50(TC，退 火氧化时间为2h。
实施例5制得的氧化钒薄膜室温电阻69kQ ，电阻温度系数-l. 48X 10—2K—'。 本发明的金属氧化法除了适用于氮化硅衬底外，还可适用于玻璃衬底、导电玻璃衬底等; 本发明的氧化钒薄膜是目前用来制作热敏传感器、红外探测器和红外成像器件的理想材料。
权利要求
1.一种金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，具有如下步骤(1)制备Si3N4衬底本体真空4.5×10-1Pa；工作气体NH4和用N2稀释的SiH4；工作气压4.3Pa；NH4和用N2流量分别为12ml/min和38ml/min；衬底温度100℃，淀积12分钟；制得Si3N4层硅片；将表面生长了Si3N4层的硅片切割成尺寸为2cm×1cm的Si3N4衬底，以备镀制金属钒薄膜；(2)制备纯金属钒薄膜将制得的Si3N4衬底置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质中量纯度为99.9％的金属钒作为靶材，在质量纯度为99.999％的氩气作为工作气体；以本体真空度为(5～6)×10-4Pa，溅射工作气压为1～2.0Pa，溅射时间为10～20min，Ar气体流量为48ml/min，制得纯金属钒薄膜；(3)退火氧化将制得的金属钒薄膜，置于退火炉内，退火环境为大气环境，退火温度为400～500℃，退火氧化时间为1～2h。
2. 根据权利要求1的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(1) 的SisN4层度为5000A。
3. 根据权利要求1的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(1) 的衬底为氮化硅衬底、玻璃衬底或者导电玻璃衬底。
4. 根据权利要求1的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(2) 的优选的溅射工作气压为1Pa、溅射时间为20min。
5. 根据权利要求1的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(2) 的高真空对耙磁控溅射设备的真空室为DPS-ni型高真空对耙磁控溅射设备的真空室。
6. 根据权利要求1的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(3) 的优选的退火温度为40(TC、退火时间为1.5h。
7. 根据权利要求1的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(3) 的退火温度控制采用微型数字式温度控制器。
全文摘要
本发明公开了一种金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，步骤为(1)制备Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>层硅片(2)制备纯金属钒薄膜真空度为(5～6)×10<sup>-4</sup>Pa，溅射工作气压为1～2.0Pa，溅射时间为10～20min；(3)退火氧化退火温度为400～500℃，退火氧化时间为1～2h。本发明提供了一种易于控制、工艺简单的金属氧化法制备氧化钒薄膜的方法，其产品的电阻温度系数达到-3×10<sup>-2</sup>K<sup>-1</sup>以上，拓展了氧化钒薄膜的制备方法。本发明是目前用来制作热敏传感器、红外探测器和红外成像器件的理想材料。
文档编号C23C14/35GK101560638SQ20091006904
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者杨海波, 梁继然, 明 胡, 逯家宁, 涛 陈 申请人:天津大学