论文题目: 非制冷红外探测器用高TCR氧化钒薄膜的制备研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 吴淼
导师: 胡明
关键词: 氧化钒薄膜,电阻温度系数,红外探测,真空蒸发,射频溅射,直流对靶,溅射
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 氧化钒薄膜由于具有高电阻温度系数（TCR）,近年来被广泛应用于非制冷红外探测及红外成像领域。本论文是利用多种物理气相沉积方法制备具有高TCR红外探测器用氧化钒薄膜的研究。研究结果表明,所得到的氧化钒薄膜制备工艺重复性好,可以和半导体工艺兼容,制得的薄膜具有适当室温方块电阻、高TCR、热敏性能良好、膜层均匀、与基底间的结合力高的特性,完全可以满足红外探测器对热敏元件的要求。运用正交实验进行了工艺参数的研究,通过选择不同的工艺参数和不同的参数水平,得到了各工艺参数对薄膜性能的影响。获得了直流对靶溅射的最佳制备工艺参数:氩氧气体流量48和0.4sccm,工作压强2Pa,溅射功率210240W,溅射时间3060分钟,退火温度400℃,退火时间37小时。在此条件下制得的氧化钒薄膜室温方块电阻在100 K?/□以下,TCR超过-3%/K。在工艺参数对氧化钒薄膜性能影响的研究中,得到了基片温度、基片类型、氩氧比例以及真空退火等条件对氧化钒薄膜性能的影响。其中氩氧比例对于制备具有高性能的氧化钒薄膜是至关重要的参数。真空退火有利于氧化钒薄膜中高价态钒向低价态转变,即V5+向V3+或V4+转变,起到还原的作用,同时对于形成均匀的薄膜,降低表面电阻,薄膜从无定形到多晶的转变有十分明显的作用。对真空蒸发、射频溅射和直流对靶溅射的工艺对比研究表明,传统真空蒸发V2O5粉末制备VOx薄膜的方法,较难制得纯度高,且性能优良的薄膜。溅射的方法由于入射粒子能量高,薄膜与基片之间结合牢固,膜层更均匀。溅射方法中,直流对靶溅射的靶材利用率高,容易获得大功率,成本较低,工艺重复性好,可以制备出满足红外探测器要求的薄膜。对氧化钒薄膜电阻温度特性的研究表明,在TCR、室温电阻和薄膜成分之间存在着一定的制约关系。TCR大,室温电阻变大;TCR小,室温电阻变小。在TCR高,室温电阻适当的样品中,钒的总体价态接近+4价。应用多孔硅作为热隔离结构的研究表明,氧化钒薄膜在输入功率很低的情况下（20μW）,仍然有灵敏的电阻变化。这种结构对于高性能热敏器件的制作提供了参考。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章绪论
1.1 红外探测技术及其发展趋势
1.2 红外微测辐射热计技术基本原理
1.3 氧化钒红外探测器的研究现状
1.4 研究目的与意义
第二章 综述氧化钒薄膜的性质及主要制备方法
2.1 氧化钒的晶体结构与性质
2.1.1 五氧化二钒（V_2O_5）
2.1.2 二氧化钒（VO_2）
2.1.3 三氧化二钒（V_2O_3）
2.2 氧化钒的相变特性
2.2.1 VO_2 的相变特性
2.2.2 V_2O_5 的相变特性
2.2.3 关于VO_2 相变的理论
2.3 降低氧化钒薄膜转变温度的方法
2.4 提高电阻温度系数的方法
2.5 氧化钒薄膜的制备方法
2.5.1 真空蒸发镀膜法
2.5.2 溅射镀膜法
2.5.3 脉冲激光沉积法
2.5.4 溶胶—凝胶法
2.5.5 液相沉积法和热分解法等
2.6 氧化钒薄膜的分析与表征方法
第三章 真空蒸发法制备氧化钒薄膜的研究
3.1 成膜机理
3.1.1 镀膜设备
3.1.2 蒸发镀膜基本过程
3.2 氧化钒薄膜的制备
3.2.1 基片清洗
3.2.2 基片温度的选择
3.2.3 蒸发制备氧化钒薄膜及真空退火
3.3 薄膜测试结果与分析
3.3.1 真空退火对薄膜性能的影响
3.3.2 基片类型对薄膜性能的影响
3.3.3 基片温度对薄膜性能的影响
3.3.4 薄膜厚度对薄膜性能的影响
3.4 本章小结
第四章 射频磁控溅射法制备氧化钒薄膜的研究
4.1 成膜机理
4.1.1 射频溅射成膜机理
4.1.2 磁控溅射镀膜原理及特征
4.2 氧化钒薄膜制备
4.3 溅射气氛对氧化钒薄膜的影响
4.3.1 氧化钒薄膜的电特性测试
4.3.2 氧化钒薄膜的XPS分析
4.4 真空热处理对溅射氧化钒薄膜的影响
4.4.1 真空热处理对溅射氧化钒薄膜电性能的影响
4.4.2 氧化钒薄膜的XPS分析
4.4.3 氧化钒薄膜的SEM分析
4.5 本章小结
第五章 直流对靶磁控溅射法制备氧化钒薄膜的研究
5.1 成膜机理
5.2 正交实验法研究最佳制备工艺条件
5.2.1 玻璃基片上制备氧化钒薄膜的正交实验设计
5.2.2 硅基片上制备氧化钒薄膜的正交实验设计
5.3 退火工艺对薄膜性能的影响
5.3.1 电阻温度特性测试
5.3.2 AFM分析
5.3.3 XPS分析
5.4 本章小结
第六章 真空蒸发、射频溅射与直流对靶溅射方法的比较
6.1 制备工艺的比较
6.2 氧化钒薄膜成分的比较
6.3 氧化钒薄膜微观结构的比较
6.4 氧化钒薄膜电性能的分析
6.5 本章小结
第七章 基于多孔硅的氧化钒热敏结构研究
7.1 多孔硅的特性
7.2 热敏多层结构的制备
7.2.1 多孔硅的制备
7.2.2 多孔硅绝热效果的模拟
7.2.3 硅衬底和二氧化硅的制备
7.2.4 氧化钒薄膜的制备
7.3 多层结构热敏特性的测试
7.4 基于不同孔隙率多孔硅的多层结构热敏特性测试
7.5 本章小结
第八章 全文总结
8.1 全文结论
8.2 本文创新点
8.3 以后工作展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
附录
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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