一种二氧化钒薄膜的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110699670A(43)申请公布日2020.01.17(21)申请号201911107721.1(22)申请日2019.11.13(71)申请人西安近代化学研究所地址710065陕西省西安市雁塔区丈八东路168号(72)发明人李建国冯昊秦利军龚婷张王乐惠龙飞(74)专利代理机构中国兵器工业集团公司专利中心11011代理人赵晓宇(51)Int.Cl.C23C16/455(2006.01)C23C16/40(2006.01)C23C16/52(2006.01)C23C16/56(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图7页(54)发明名称一种二氧化钒薄膜的制备方法(57)摘要本发明公开了一种二氧化钒薄膜的制备方法，采用了原子层沉积薄膜制备技术及真空氧分压后处理退火工艺。采用原子层沉积技术，使两种不同的钒氧化物薄膜制备所需前驱体交替注入原子层沉积反应腔，与基底层表面进行化学吸附及化学反应制备钒氧化物薄膜。在充有氧气的退火炉中进行退火处理，形成价态归一的结晶型五氧化二钒薄膜；将五氧化二钒薄膜置于一定氧分压的真空退火炉中进行退火处理，制备结晶态的二氧化钒薄膜。本发明所采用的原子层沉积薄膜制备方法具有自动化程度高、薄膜厚度精确可控、薄膜均匀性好、重复性好以及薄膜与基底层粘附强度高等特点。本发明的二氧化钒薄膜具有良好的温度-红外特性，可应用于热致相变器件的研发与应用。CN110699670ACN110699670A权利要求书1/2页1.一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：原子层沉积制备钒氧化物薄膜(1)将清洗干净的耐高温基底层置于原子层沉积反应腔内，使惰性载气直接流经耐高温基底层表面；(2)启动原子层沉积设备的真空系统对原子层沉积反应腔进行抽真空使其处于负压，启动温度控制系统对原子层沉积系统不同部位进行加热保温，使各部位分别处于相应温度范围内，启动流量控制系统向原子层沉积系统注入惰性载气，设定原子层沉积反应过程阀门控制时序t1-t2-t3-t4，启动前驱体注入系统以备前驱体的注入，启动废气处理系统对反应过程产生的废气进行吸收处理；(3)启动原子层沉积反应过程阀门控制程序，利用原子层沉积方法在耐高温基底层表面沉积钒氧化物薄膜，具体步骤为：a)以鼓泡形式向原子层沉积反应腔注入三异丙氧钒氧前驱体蒸气，注入时长为t1；b)待表面化学反应发生充分后注入惰性载气，将过量的及物理吸附的三异丙氧钒氧前驱体和副产物吹离耐高温基底层表面以及整个原子层沉积反应腔，注入时长为t2；c)以非鼓泡形式向原子层沉积反应腔注入去离子水前驱体蒸气，注入时长为t3；d)待表面化学反应发生充分后注入惰性载气，将过量的及物理吸附的去离子水前驱体和副产物吹离耐高温基底层表面以及整个原子层沉积反应腔，注入时长为t4；(4)循环执行步骤三，通过改变循环次数获得不同厚度范围的钒氧化物薄膜，薄膜沉积完毕后关闭原子层沉积系统；步骤二：在充有氧气的退火炉中对钒氧化物薄膜进行退火处理，制备价态统一的结晶型五氧化二钒薄膜；步骤三：将五氧化二钒薄膜置于氧分压的真空退火炉中进行退火处理，从而制得结晶型二氧化钒薄膜。2.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述的耐高温基底层为耐受不低于500℃的平面基底层或非平面基底层。3.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述的惰性载气为氮气、氩气、氦气中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述的负压处于0.1-10Torr。5.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述的各部位分别处于相应温度范围为三异丙氧钒氧前驱体及注入通道40-80℃，去离子水前驱体储罐及注入通道温度范围处于15-40℃，原子层沉积系统入口温度范围处于60-100℃，反应腔温度范围处于100-200℃，原子层沉积系统出口温度范围处于80-200℃。6.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述的前驱体注入时长t1，t3为1-1000s，惰性载气注入时长t2，t4为1-1000s。7.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一所述的循环次数为1-10000。8.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤二所述的退火处理为在充满氧气的退火炉中以3-10℃/min升温速率升温至280-320℃后保温1.5-3h，2CN110699670A权利要求书2/2页随后在氧气保护下炉冷至室温。9.根据权利要求1所述的一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤三所述的氧分压所用氧气流量为5-10