CN102181827A - 在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法 - Google Patents

在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102181827A
CN102181827A CN 201110080653 CN201110080653A CN102181827A CN 102181827 A CN102181827 A CN 102181827A CN 201110080653 CN201110080653 CN 201110080653 CN 201110080653 A CN201110080653 A CN 201110080653A CN 102181827 A CN102181827 A CN 102181827A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
film
vanadium dioxide
silicon
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201110080653
Other languages
English (en)
Inventor
梁继然
胡明
后顺保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN 201110080653 priority Critical patent/CN102181827A/zh
Publication of CN102181827A publication Critical patent/CN102181827A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了一种在金属基底表面制备具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的方法，步骤为：(1)对硅基片表面清洗，(2)采用等离子体增强化学气相沉积方法在硅基片上生长二氧化硅薄膜，(3)采用磁控溅射方法，在二氧化硅/硅基片上沉积金属薄膜，(4)采用射频磁控溅射方法在金属表面制备氧化钒薄膜，(5)将制得的氧化钒/金属/二氧化硅/硅多层薄膜结构置于管式退火炉中于400-500℃热处理，得到具有相变特性的二氧化钒薄膜。本发明的方法可与MEMS工艺兼容，可控性能高，薄膜性能稳定，金属态与半导体态区别明显，相变过程连续可逆，可用于对其他微结构进行调控。本发明极大地拓展了二氧化钒薄膜在电子学、光学方面的应用范围。

Description

在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法
技术领域
本发明是关于二氧化钒纳米薄膜的，具体涉及一种在金属基底表面制备具有相变特性的二氧化钒纳米薄膜的方法。
背景技术
自从1959年F.J.Morin首次发现VO2的热致相变特性以来，一直是相关领域研究热点之一。随着对氧化钒性质研究的逐渐深入，发现氧化钒具有13种不同的氧化物相，可以和氧结合形成多种氧化物，这些氧化物的晶格结构和空间排列各不相同，其中至少有8种氧化钒具有从低温半导体相到高温金属相的转换特性，转换温度约在-147～68℃处，其中二氧化钒(VO2)因其转化温度在室温附近而最具有吸引力。特别是近年来氧化钒薄膜材料的研究不仅克服了块状氧化钒材料伴随着相转换出现的体积变化导致的开裂现象及制备成本高的缺点，而且由于可以和半导体技术、微电子机械***(MEMS)技术相结合制作出各种体积微小、工艺兼容、价格低廉的电学和光学开关器件、光存储器、传感器、固态电池阴极等，极大地拓展了二氧化钒薄膜在电子学、光学方面的应用范围。
在二氧化钒薄膜的应用过程中，金属通常作为器件的电极出现，器件结构中存在金属和二氧化钒薄膜界面，金属电极是影响薄膜相变特性的重要因素，如何把二氧化钒薄膜制作在金属电极上，使其仍具有很好的相变特性成为了研究的重要内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种在金属基底表面制备具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的方法，采用该方法制备的二氧化钒纳米薄膜具有良好的相变特性。
本发明通过以下技术方案予以实现，工艺步骤如下：
(1)硅基片表面清洗，采用标准半导体清洗工艺；
(2)采用等离子体增强化学气相沉积方法在硅基片上生长二氧化硅薄膜；
(3)采用磁控溅射方法，在上述二氧化硅/硅基片上沉积金属薄膜；
(4)采用射频磁控溅射方法在金属表面制备氧化钒薄膜，工艺条件为：本底真空度为(2-3)×10-4Pa，溅射时的工作气压为1-2Pa，所用功率为180W，溅射时间3-8分钟，Ar、O2气体流量分别为20和0.4SCCM；
(5)将制得的氧化钒/金属/二氧化硅/硅多层薄膜结构置于管式退火炉中进行热处理，热处理温度为400-500℃，退火时间为1-2小时，从而得到性能良好的具有相变特性的二氧化钒薄膜。
所述步骤(1)对硅基片表面清洗采用标准半导体清洗工艺。
所述步骤(3)在二氧化硅/硅基片上沉积的金属薄膜，为金属TiN底电极、金属Ti底电极或者金属NiCr底电极。
所述步骤(5)的热处理温度为440℃，退火时间为1.5小时。
本发明的有益效果为：
提供了一种在金属基底表面制备具有良好相变特性的二氧化钒纳米薄膜的方法。
(1)本发明的金属基底上二氧化钒薄膜的制备工艺可与MEMS工艺兼容，制备过程可控性能高，薄膜性能稳定。
(2)由本发明在金属/二氧化硅/硅基片上制备的具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的相电阻值跃变幅度接近2个数量级，金属态与半导体态区别明显，相变过程连续可逆，可用于对其他微结构进行调控。
附图说明
图1为本发明硅基金属基底的结构示意图；
图2为本发明金属/硅基底二氧化钒薄膜的结构示意图；
图3为实施例1的TiN基底上二氧化钒薄膜的电阻随温度变化的曲线图；
图4为实施例2的Ti基底上二氧化钒薄膜的电阻随温度变化的曲线图；
图5为实施例3的NiCr合金基底上二氧化钒薄膜的电阻随温度变化的曲线图；
图6为实施例1所制得的二氧化钒薄膜的XRD图。
图1和2中的附图标记如下：
1——硅基底        2——二氧化硅层        3——金属层
4——二氧化钒薄膜层
具体实施方式
本发明所用化学原料均采用分析纯原料，具体实施例如下。
实施例1
(1)采用厚度为380-420μm，长2.5cm，宽1cm，p型100单面抛光单晶硅片作为基片，对硅基片表面进行如下处理：取质量浓度为98％的H2SO430毫升和质量浓度为30％的H2O210毫升配成清洗液，将硅片放入清洗液中，在室温条件下浸泡，放置40分钟，除去了表面的有机污染物；将硅片从混合酸中取出后用去离子水冲洗3遍，再放入体积为30毫升、质量浓度为20％的HF溶液中浸泡30秒除去表面的氧化层；再用去离子水冲洗干净；将硅片放在体积为20毫升的丙酮溶液中超声清洗5分钟；将硅片取出，再放入体积为20毫升的无水乙醇中超声清洗5分钟；取出硅片烘干备用；
(2)采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)方法，在步骤(1)的硅片上先沉积一层二氧化硅薄膜，具体做法是：先将处理好的多孔硅片置于真空室，抽背底真空至4.5×10-1Pa，工作气体压强为4.3Pa，基片温度为150℃，工作气体为N2O和SiH4，气流量分别为12ml/min和38ml/min，淀积时间为10分钟，得到的SiO2层厚度为
Figure BDA0000053330920000031
(3)采用射频反应磁控溅射法，在步骤(2)的附有二氧化硅的硅基片制备金属TiN底电极，电极的厚度为
Figure BDA0000053330920000032
如图1所示，为制备氧化钒薄膜的基底表面，通过将金属基底和SiO2基底表面结合起来，利于钒金属粒子与氧离子的反应；
(4)采用射频反应磁控溅射法，在步骤(3)的附有TiN底电极表面制备二氧化钒薄膜，质量纯度为99.9％的金属钒作为靶材，氩气与氧气的质量纯度分别为99.999％和99.995％，反应磁控溅射的具体步骤为：抽背底真空至2×10-5Pa，氧气和氩气流量分别比为20ml/min：0.4ml/min，溅射气压6×10-2Pa，溅射功率为200W，溅射时间5分钟，基片温度为室温，得到长度为2cm，宽度为0.2cm的氧化钒薄膜层；
(5)将步骤(3)的二氧化钒薄膜置于管式退火炉中，在450℃下保持1小时。如图2所示，为形成的VO2薄膜多层结构。
对上述二氧化钒薄膜进行电阻温度特性测试，温度范围为：20-80℃，电阻温度曲线如图3所示，二氧化钒薄膜的相变温度为68℃，电阻值变化幅度接近2个数量级。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：步骤3中采用射频反应磁控溅射法，在上述附有氧化硅的硅基片制备金属Ti底电极，电极的厚度为
Figure BDA0000053330920000033
得到的二氧化钒薄膜的相变温度为70℃，相变明显，幅度低于1个数量级；电阻温度曲线如图4所示。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于：步骤3中采用射频反应磁控溅射法，在上述附有氧化硅的硅基片制备金属NiCr底电极，电极的厚度为
Figure BDA0000053330920000034
得到的二氧化钒薄膜的相变温度为68℃，电阻值由70Ω/□迅速下降至35Ω/□存在相变特性；电阻温度曲线如图5所示。
图6为实施例1所制得的二氧化钒薄膜的XRD图，从图中可以看出，薄膜成分为单斜金红石结构二氧化钒；通过对比图3、4、5可以看出，利用本发明的制备方法，在金属电极上均可以获得具有良好半导体-金属相变特性的二氧化钒薄膜，相比现有的二氧化钒薄膜制备技术，通常只在高电阻的介质上制备具有相变特性的二氧化钒薄膜，本发明可以在低电阻值的金属上制备二氧化钒薄膜，增加了其在存储器件中的应用。

Claims (4)

1.一种在金属基底表面制备具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的方法，具有如下步骤：
(1)对硅基片表面清洗；
(2)采用等离子体增强化学气相沉积方法在硅基片上生长二氧化硅薄膜；
(3)采用磁控溅射方法，在上述二氧化硅/硅基片上沉积金属薄膜；
(4)采用射频磁控溅射方法在金属表面制备氧化钒薄膜，工艺条件为：本底真空度为(2-3)×10-4Pa，溅射时的工作气压为1-2Pa，所用功率为180W，溅射时间3-8分钟，Ar、O2气体流量分别为20和0.4SCCM；
(5)将制得的氧化钒/金属/二氧化硅/硅多层薄膜结构置于管式退火炉中进行热处理，热处理温度为400-500℃，退火时间为1-2小时，从而得到性能良好的具有相变特性的二氧化钒薄膜。
2.根据权利要求1的在金属基底表面制备具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(1)对硅基片表面清洗采用标准半导体清洗工艺。
3.根据权利要求1的在金属基底表面制备具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(3)在二氧化硅/硅基片上沉积的金属薄膜，为金属TiN底电极、金属Ti底电极或者金属NiCr底电极。
4.根据权利要求1的在金属基底表面制备具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(5)的热处理温度为440℃，退火时间为1.5小时。
CN 201110080653 2011-03-31 2011-03-31 在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法 Pending CN102181827A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110080653 CN102181827A (zh) 2011-03-31 2011-03-31 在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110080653 CN102181827A (zh) 2011-03-31 2011-03-31 在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102181827A true CN102181827A (zh) 2011-09-14

Family

ID=44568110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110080653 Pending CN102181827A (zh) 2011-03-31 2011-03-31 在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102181827A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103981488A (zh) * 2014-05-23 2014-08-13 天津大学 一种通过快速热处理制备氧化钒纳米颗粒阵列的方法
CN106435472A (zh) * 2016-10-18 2017-02-22 天津大学 一种金三角纳米颗粒阵列与二氧化钒薄膜复合嵌套结构的制备方法
CN107858649A (zh) * 2017-11-17 2018-03-30 天津大学 一种可提高vo2薄膜太阳光调控效率的制备方法
CN107988581A (zh) * 2017-11-06 2018-05-04 天津大学 一种二氧化硅纳米球阵列-vo2薄膜复合结构制备方法
CN108179394A (zh) * 2018-02-07 2018-06-19 天津大学 一种通过调控溅射功率提高二氧化钒相变幅度的方法
CN108385064A (zh) * 2018-01-18 2018-08-10 天津大学 一种通过金纳米颗粒调控二氧化钒透射光谱的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1598040A (zh) * 2004-08-25 2005-03-23 华中科技大学 相变温度可调的氧化钒薄膜的制备方法
CN101174671A (zh) * 2007-10-18 2008-05-07 天津大学 具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的制备方法
CN101280413A (zh) * 2008-04-07 2008-10-08 中国科学院广州能源研究所 一种二氧化钒薄膜在玻璃上的低温沉积方法
CN101916609A (zh) * 2010-08-10 2010-12-15 电子科技大学 一种电极材料及其用途

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1598040A (zh) * 2004-08-25 2005-03-23 华中科技大学 相变温度可调的氧化钒薄膜的制备方法
CN101174671A (zh) * 2007-10-18 2008-05-07 天津大学 具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的制备方法
CN101280413A (zh) * 2008-04-07 2008-10-08 中国科学院广州能源研究所 一种二氧化钒薄膜在玻璃上的低温沉积方法
CN101916609A (zh) * 2010-08-10 2010-12-15 电子科技大学 一种电极材料及其用途

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103981488A (zh) * 2014-05-23 2014-08-13 天津大学 一种通过快速热处理制备氧化钒纳米颗粒阵列的方法
CN106435472A (zh) * 2016-10-18 2017-02-22 天津大学 一种金三角纳米颗粒阵列与二氧化钒薄膜复合嵌套结构的制备方法
CN106435472B (zh) * 2016-10-18 2018-09-25 天津大学 一种金三角纳米颗粒阵列与二氧化钒薄膜复合嵌套结构的制备方法
CN107988581A (zh) * 2017-11-06 2018-05-04 天津大学 一种二氧化硅纳米球阵列-vo2薄膜复合结构制备方法
CN107858649A (zh) * 2017-11-17 2018-03-30 天津大学 一种可提高vo2薄膜太阳光调控效率的制备方法
CN108385064A (zh) * 2018-01-18 2018-08-10 天津大学 一种通过金纳米颗粒调控二氧化钒透射光谱的方法
CN108179394A (zh) * 2018-02-07 2018-06-19 天津大学 一种通过调控溅射功率提高二氧化钒相变幅度的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101174671A (zh) 具有相变特性二氧化钒纳米薄膜的制备方法
CN102181827A (zh) 在金属基底上制备具有相变特性纳米二氧化钒薄膜的方法
Kang et al. Effects of annealing parameters on optical properties of thermochromic VO2 films prepared in aqueous solution
CN101665905B (zh) 铝诱导低温制备大晶粒多晶硅薄膜的方法
Gagaoudakis et al. Low-temperature rf sputtered VO2 thin films as thermochromic coatings for smart glazing systems
CN102912308B (zh) 一种低相变温度二氧化钒薄膜制备工艺
Manavizadeh et al. Influence of substrates on the structural and morphological properties of RF sputtered ITO thin films for photovoltaic application
CN105132877B (zh) 一种二氧化钒薄膜低温沉积方法
CN101785071A (zh) 导电体层的制造方法
CN102251216B (zh) 一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法
Huang et al. Vanadium dioxide thin film with low phase transition temperature deposited on borosilicate glass substrate
CN104871258B (zh) 带透明电极的基板及其制造方法
CN108689432A (zh) 一种在无氧化层的硅基底上生长二硫化铼纳米片的方法
CN104975262A (zh) 相变型二氧化钒薄膜及其制备方法
CN102994951A (zh) 一种提高二氧化钒薄膜热色特性的方法
Zong et al. Tuning the electrical and optical properties of ZrxOy/VO2 thin films by controlling the stoichiometry of ZrxOy buffer layer
CN110699670B (zh) 一种二氧化钒薄膜的制备方法
CN105369200A (zh) 一种多晶多孔vo2薄膜的制备方法
US9193624B2 (en) Production method for thermochromatic glass in which use is made of a low-temperature metal-vapour-deposition process, and thermochromatic glass obtained thereby
CN101413099A (zh) 多晶掺钨氧化锡透明导电氧化物薄膜及其制备方法
TW201233836A (en) Method of making a transparent conductive oxide layer
CN102560359A (zh) 镀膜件及其制备方法
CN1598040A (zh) 相变温度可调的氧化钒薄膜的制备方法
CN102517554A (zh) 一种azo膜层室温沉积方法
JP2011124528A5 (ja) 抵抗メモリの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110914