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用于微测辐射热计的二氧化钒薄膜的制备

王利霞  李建平  何秀丽  高晓光  
【摘要】:二氧化钒薄膜具有较高的电阻温度系数和良好的绝热性能,这一性质使其在非致冷红外焦平面和微测辐射热器件上得到了广泛应用,成为近年来国内外研究的热点。本文采用射频溅射法制备了二氧化钒薄膜,并研究了各个参数如氧分压、衬底温度、薄膜厚度、退火温度和退火时间等对薄膜性能特别是电阻温度系数的影响。而各参数对薄膜的影响并不是孤立的,需要合理匹配。薄膜制备中,各参数的选择范围分别为:氧分压在5%-15%;衬底温度为0-300℃;退火温度在400-500℃之间;薄膜厚度控制在1000(?)以下。对溅射法制得的薄膜进行氮气保护下的退火处理以获得较好的电学和热学性质,主要有自然升温降温退火和快速退火两种方法。制备二氧化钒薄膜一般都采用前一种方法,而本文采用后一方法则出于以下考虑:在退火的过程中,薄膜在结晶化的同时,也会失去大量的氧,从而使薄膜中的氧空位增加,降低薄膜电阻温度系数。退火时间越长,损失的氧越多,这对提高薄膜的电阻温度系数非常不利。而快速退火法既可以在短时间内实现薄膜结晶化,又不会导致大量氧空位增加,不失为一种有效的退火方法。文中还采用微电极芯片对二氧化钒薄膜电学性质进行测量,大大地简化了测量过程。实验结果表明:在制备参数中氧分压和退火条件的控制尤其重要,氧分压的大小直接决定着薄膜中二氧化钒成分的多少,而退火温度和时间的选择也必须与氧分压的大小相匹配;在薄膜制备中,较高的衬底温度可以保证溅射过程中氧与钒的充分反应,在实验中应根据实验条件尽可能的提高衬底温度。氧分压在10%左右,衬底温度为300℃,薄膜厚度为400(?)左右时,采用自然升温降温退火方式制得的薄膜电阻温度系数约为-2.8%/℃,而采用快速退火法对薄膜进行热处理,除了可节省退火时间外,也能使薄膜电阻温度系数有较大的提高。

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