非制冷紅外探測器用高TCR氧化釩薄膜的制備研究.pdf

1、氧化釩薄膜由于具有高電阻溫度系數(shù)(TCR),近年來被廣泛應(yīng)用于非制冷紅外探測及紅外成像領(lǐng)域.本論文是利用多種物理氣相沉積方法制備具有高TCR紅外探測器用氧化釩薄膜的研究.研究結(jié)果表明,所得到的氧化釩薄膜制備工藝重復(fù)性好,可以和半導(dǎo)體工藝兼容,制得的薄膜具有適當(dāng)室溫方塊電阻、高TCR、熱敏性能良好、膜層均勻、與基底間的結(jié)合力高的特性,完全可以滿足紅外探測器對熱敏元件的要求. 運用正交實驗進行了工藝參數(shù)的研究,通過選擇不同的工藝參數(shù)

2、和不同的參數(shù)水平,得到了各工藝參數(shù)對薄膜性能的影響.獲得了直流對靶濺射的最佳制備工藝參數(shù):氬氧氣體流量48和0.4seem,工作壓強2Pa,濺射功率210～240W,濺射時間30～60分鐘,退火溫度400℃,退火時間3～7小時.在此條件下制得的氧化釩薄膜室溫方塊電阻在100 KΩ/□以下,TCR超過.3﹪/K. 在工藝參數(shù)對氧化釩薄膜性能影響的研究中,得到了基片溫度、基片類型、氬氧比例以及真空退火等條件對氧化釩薄膜性能的影響.其

3、中氬氧比例對于制備具有高性能的氧化釩薄膜是至關(guān)重要的參數(shù).真空退火有利于氧化釩薄膜中高價態(tài)釩向低價態(tài)轉(zhuǎn)變,即V<'5+>向V<'3+>或V<'4+>轉(zhuǎn)變,起到還原的作用,同時對于形成均勻的薄膜,降低表面電阻,薄膜從無定形到多晶的轉(zhuǎn)變有十分明顯的作用. 對真空蒸發(fā)、射頻濺射和直流對靶濺射的工藝對比研究表明,傳統(tǒng)真空蒸發(fā)V<,2>O<,5>粉末制備VOx薄膜的方法,較難制得純度高,且性能優(yōu)良的薄膜.濺射的方法由于入射粒子能量高,薄膜

4、與基片之間結(jié)合牢固,膜層更均勻.濺射方法中,直流對靶濺射的靶材利用率高,容易獲得大功率,成本較低,工藝重復(fù)性好,可以制備出滿足紅外探測器要求的薄膜. 對氧化釩薄膜電阻溫度特性的研究表明,在TCR、室溫電阻和薄膜成分之間存在著一定的制約關(guān)系.TCR大,室溫電阻變大；TCR小,室溫電阻變小. 在TCR高,室溫電阻適當(dāng)?shù)臉悠分?釩的總體價態(tài)接近+4價. 應(yīng)用多孔硅作為熱隔離結(jié)構(gòu)的研究表明,氧化釩薄膜在輸入功率很低的情況