利用金属氧化法在不同衬底上制备氧化钒薄膜的研究

论文摘要

本文利用直流对靶磁控溅射的方法在氮化硅、导电玻璃、玻璃以及多孔硅四种衬底上制备金属钒薄膜,然后对其退火氧化得到具有较高电阻温度系数的氧化钒薄膜,这是一种本课题组以前未曾尝试过的制备方法。本实验主旨为探讨在每种衬底上制备的氧化钒薄膜各自的电学特性,特别是电阻温度系数与制备条件的关系,利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱分析、X射线衍射等方法对薄膜的微观形貌及物质构成进行表征。采用正交实验法设计实验,对溅射压强、溅射时间、退火温度及保温时间进行了研究,分别得到了四种衬底上制膜的最佳制备工艺,并且总结归纳各种制备条件对氧化钒薄膜电阻温度特性的影响。氮化硅衬底的最佳工艺为:溅射压强1Pa、溅射时间20分钟、退火温度400℃、保温时间1.5小时;导电玻璃衬底的最佳工艺为:溅射压强1.5Pa、溅射时间20分钟、退火温度300℃、保温时间2小时;玻璃衬底的最佳工艺为:溅射压强1Pa、溅射时间10分钟、退火温度400℃、保温时间2小时;多孔硅衬底上的实验,证明高温退火氧化对多孔硅产生了严重损坏。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析法,研究了薄膜的微观形貌和物相组成。根据实验结果,将金属氧化法与课题组以往使用的反应溅射方法进行对比,分析了两种方法的差异及各自的优缺点,拓展了氧化钒薄膜的制备方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氧化钒材料的发展状况
• 1.2.1 氧化钒在非制冷红外探测技术中的应用
• 1.2.2 氧化钒在光存储技术中的应用
• 1.2.3 氧化钒在光通信技术中的应用
• 1.2.4 氧化钒在其他领域的应用情况
• 1.3 本文的课题背景、研究目的和研究内容
• 第二章 氧化钒性质及实验原理
• 2.1 氧化钒的物理、化学性质
• 2.1.1 钒氧化物体系及基本性质
• 2.1.2 二氧化钒的晶体、能带结构
• 2.1.3 五氧化二钒的晶体、能带结构
• 2.1.4 氧化钒体系的相变机理
• 2.2 溅射镀膜技术
• 2.2.1 真空技术
• 2.2.2 溅射机理
• 2.2.3 直流对靶磁控溅射镀膜法
• 2.3 其他常见的氧化钒薄膜制备方法
• 2.3.1 蒸发镀膜
• 2.3.2 溶胶-凝胶法
• 2.3.3 液相沉积法和热分解法
• 2.3.4 脉冲激光沉积法
• 2.4 薄膜的基本性质
• 2.4.1 薄膜的形成
• 2.4.2 薄膜的结构
• 2.4.3 薄膜的力学性能
• 2.4.4 薄膜的缺陷
• 2.4.5 金属薄膜的氧化
• 2.6 氧化钒的电阻温度系数（TCR）
• 2.6.1 电阻温度系数
• 2.6.2 四探针法测薄膜方阻
• 第三章 制备方法与实验准备
• 3.1 衬底种类和制备方法
• 3N₄衬底'>3.1.1 Si₃N₄衬底
• 3.1.2 导电玻璃衬底
• 3.1.3 多孔硅衬底
• 3.1.4 玻璃衬底
• 3.2 氧化钒薄膜的制备方法
• 3.2.1 溅射金属钒薄膜
• 3.2.2 退火氧化
• 3.3 正交实验法
• 3.4 电阻温度特性测量
• 3.4.1 蒸镀电极
• 3.4.2 加热装置
• 3.5 设备列表
• 第四章 实验分析
• 4.1 氮化硅衬底上制备氧化钒薄膜的研究
• 4.1.1 氮化硅衬底制备氧化钒薄膜的电阻温度特性
• 4.1.2 X射线衍射分析
• 4.1.3 金属氧化法与反应溅射法制膜的对比
• 4.2 玻璃衬底上制备的氧化钒薄膜的研究
• 4.2.1 玻璃衬底制备氧化钒薄膜的电阻温度特性
• 4.2.2 最优工艺讨论
• 4.2.3 与反应溅射的对比
• 4.3 导电玻璃衬底上制备氧化钒薄膜的研究
• 4.3.1 导电玻璃的电学性能研究
• 4.3.2 导电玻璃衬底制备氧化钒薄膜的电阻温度特性
• 4.3.3 尝试利用导电玻璃作电极对氧化钒薄膜加热
• 4.4 多孔硅衬底上制备氧化钒薄膜的研究
• 第五章 实验总结与展望
• 5.1 实验结论
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢