离子束溅射热氧化制备掺铌二氧化钒
2017-03-27 22:26:30   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

二氧化钒（VO2）薄膜在68℃附近具有热致半导体-金属相变特性，相变时，VO2由低温单斜金红石结构（P21/c，半导体态）转变为高温四方金红石结构（P42/mnm，金属态）。相变前后薄膜的红外光学透过率突变，速度达到皮秒量级，电阻率变化可达2-5 个数量级，具有智能光电开关功能和机敏特性，在智能窗薄膜、智能红外控温材料、快速光电开关、热光电探测、传感器、激光防护、光储存等领域将具有广阔的应用前景。

二氧化钒智能窗薄膜

用于制备VO2薄膜的方法有很多种，主要包括蒸发法、溅射法、脉冲激光法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等。采用溅射原理进行VO2薄膜制备的方法主要有磁控溅射法、射频溅射法和离子束溅射法。离子束溅射法不同于磁控溅射法和射频溅射法，其入射离子由离子源直接产生。溅射过程中，氧化钒薄膜没有处于等离子体区域，受气体原子、带电粒子和快速电子的影响较小，易于获得高质量的氧化钒薄膜。

目前，常规二氧化钒薄膜68 ℃的相变温度仍远高于室温，相变滞后现象和相变可逆稳定性有待改善。研究显示，杂质离子（如W6+、Mo6+、Nb5+、Ru4+等）掺入后可使二氧化钒薄膜的相变温度降低，但其调制性能通常会受到负面影响。

掺铌二氧化钒的制备及性能优势

五邑大学应用物理与材料学院的朱慧群等研究人员，利用离子束低温共溅射技术和热氧化工艺，采用单一的掺杂比例可调的高纯钒铌金属复合靶，以氩气为离子束源，通过考夫曼离子枪轰击钒铌靶，在不同衬底上低温溅射沉积钒铌薄膜，考夫曼离子枪的离子束流密度和离子束能量等参数可调，溅射时间为30-60min。溅射结束后，将钒铌薄膜取出，在大气环境中进行不同温度的热氧化处理，热氧化温度为380-420℃，时间2-4h，制备出掺铌二氧化钒（NbVO2）相变薄膜。

对掺铌二氧化钒样品进行微结构和四探针法测试，分析其热滞回线、相变温度和电阻率变化随温度改变的关系及其影响因素，发现掺杂掺铌二氧化钒薄膜呈多晶态，其相变温度大幅降低至42℃附近，比块材下降了38%，热滞回线宽度收窄约至8℃，相变前后电阻率变化约达102-103Ω-cm，呈现出良好的热阻效应和金属-半导体热致相变特性。结果显示，铌是有效的掺杂元素，通过本实验的离子束溅射热氧化方法，铌掺杂可以降低二氧化钒薄膜的相变温度，改善相变特性，同时又能够保持良好的热阻效应和调控性能，减少传统掺杂带来的电阻率变化的损失。

Advanced LDJ系列双离子束溅射薄膜沉积系统

北京埃德万斯离子束技术研究所股份有限公司双离子束溅射薄膜沉积系统，拥有溅射靶材的主源离子束和作用于样品表面的辅助离子源。由于主源选用离子束溅射，相比磁控溅射和电子束蒸发等手段更具有广泛的材料适用性，包括磁性材料、高熔点材料等，可用于溅射沉积各种金属、合金、化合物及半导体材料的单层薄膜、多层薄膜。