CN112921291A - 一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法 - Google Patents

一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112921291A
CN112921291A CN202110106194.3A CN202110106194A CN112921291A CN 112921291 A CN112921291 A CN 112921291A CN 202110106194 A CN202110106194 A CN 202110106194A CN 112921291 A CN112921291 A CN 112921291A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tungsten
film
vanadium dioxide
target
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110106194.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴嘉良
童丽萍
范同祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN202110106194.3A priority Critical patent/CN112921291A/zh
Publication of CN112921291A publication Critical patent/CN112921291A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将VO2粉末与WO3粉末进行球磨混合，之后置于模具中进行热压烧结，得到靶材胚体；2)将铜背靶与步骤1)中的靶材胚体焊接在一起，得到靶材；3)将预处理后的衬底及步骤2)中的靶材一起置于磁控溅射腔中，进行射频磁控溅射，得到薄膜；4)将步骤3)中的薄膜进行退火结晶，即得到钨掺杂二氧化钒薄膜。与现有技术相比，本发明采用热压烧结的方式，制备了钨掺杂二氧化钒靶材，同时通过射频磁控溅射，解决了反应直流磁控溅射中存在的氧分压问题，制备高质量钨掺杂二氧化钒薄膜，且过程简单易于控制，实现VO2相变温度的调控。

Description

一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于薄膜制备技术领域，涉及一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法。
背景技术
二氧化钒(VO2)是一种可逆热致变色材料，其在68℃会发生金属-绝缘体相变，当环境温度小于相变温度时，VO2呈现出具有绝缘特性的单斜相(M相)结构；当环境温度大于相变温度时，VO2转变为具有金属性质的金红石相(R相)结构。由于M相和R相VO2结构的不同，因此两者在物理性质和光电性能方面会发生巨大变化，如相变前后电阻变化可达2-4数量级，响应速度极快可达几十飞秒，同时磁化率、光学透射率和吸收率均会发生较大的突变。这些优异的特性使VO2在智能窗、航天器热控系统、光电开关、光储存器件等领域具有较广泛的应用前景。
对于VO2实际应用而言，68℃的相变温度仍然是制约其应用的主要因素，不同应用要求VO2具有不同的相变温度，例如对于智能窗要求相变温度在25℃，电子器件热控要求相变温度在10-40℃，航天器热控系统要求相变温度在20-29℃。因此，调控相变温度成为了科研人员近年来广泛关注的热点问题，其对社会发展和科技进步具有非常重大的意义。
为了将VO2的相变温度调控到目标器件的合适范围，可采用多种方式对VO2相变温度进行调控，例如元素掺杂、改变薄膜应力、采用不同衬底或者调整工艺参数等方式。在这些调控方式中，元素掺杂已经被证实是调控VO2相变温度的最有效方式，因为当掺杂原子进入VO2晶体结构中，会改变VO2原来的结构，导致VO2结构畸变，薄膜缺陷增加，从而影响相变形核，调控其相变温度。其中，钨掺杂会使M相VO2的体积膨胀、β角减小和带隙减小，进而使VO2的相变温度大大降低。
磁控溅射因其易于控制晶粒尺寸、良好的薄膜附着力和工艺精度控制而被广泛应用于VO2薄膜的制备，例如中国专利CN104099563A、CN107188426A、CN111116050A、CN108220897A中均报道了磁控溅射制备VO2薄膜。但是这些工艺均存在氧分压的问题，导致VO2薄膜纯度低，所制备的薄膜相变性能不理想，磁滞宽度大。
因此，开发新的工艺来制备高质量掺杂VO2薄膜，解决氧分压问题，实现VO2相变温度的调控，对于实际应用而言至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种相变温度可调控的高质量钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，以解决反应直流磁控溅射中氧分压的问题，并获得磁滞宽度窄的钨掺杂VO2薄膜。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将VO2粉末与WO3粉末进行球磨混合，之后置于模具中进行热压烧结，得到靶材胚体；
2)将铜背靶与步骤1)中的靶材胚体焊接在一起，得到靶材；
3)将预处理后的衬底及步骤2)中的靶材一起置于磁控溅射腔中，进行射频磁控溅射，得到薄膜；
4)将步骤3)中的薄膜进行退火结晶，即得到钨掺杂二氧化钒薄膜。
进一步地，步骤1)中，所述的VO2粉末与WO3粉末的摩尔比为(98-100):(0.01-2)。
进一步地，步骤1)中，球磨混合过程中，转速为300-400r/min，球磨时间为3-6h。
优选地，球磨混合后的混合粉末均匀装入模具中，选取模具平面内均匀分布的5-10点，测量并计算粉体在模具内的平均高度，使其具有较小方差。
进一步地，步骤1)中，热压烧结过程中，通入氩气，施加20-60MPa的轴向压力，在800-1000℃保温20-60min，直到靶材胚体的相对密度达到设定值。保温处理完成后卸载压力，随炉冷却至室温，完成热压烧结。
进一步地，步骤2)中，采用热等静压焊接工艺将铜背靶与靶材胚体焊接在一起。
进一步地，焊接过程中，温度为400-1000℃，抽真空至压力＜1×10-4Pa，保温时间为2-4h。由于焊接升温过程会导致铜背靶和靶材胚体中的液态水形成水蒸气，因此在热等静压焊接过程中始终保持真空机工作，保证水蒸气被抽走，形成真正的真空环境。
进一步地，步骤3)中，所述的衬底为硅片；衬底的预处理过程为：采用超声波清洗的方法，将衬底依次置于丙酮、乙醇及水中清洗5-15min，之后进行干燥；清洗的温度为25-35℃。
进一步地，步骤3)中，射频磁控溅射过程中，磁控溅射腔内的工作压力为10-3-10- 2Torr，溅射温度为20-30℃，溅射功率为100-300W，沉积时间为20-30min。
进一步地，步骤3)中，在进行射频磁控溅射之前，先对靶材进行预溅射；预溅射过程中，磁控溅射腔内的压力＜10-7-10-6Torr，氩气流速为20-30sccm，预溅射时间为5-10min。
优选地，靶材与基板的距离为1-10cm；优化衬底的温度设置范围在25-300℃；允许调节基板偏压在-300V至0V；同时溅射薄膜的厚度控制在100-150nm。
进一步地，步骤4)中，退火结晶过程中，通入氩气，由室温开始以5-10℃/min的速率升高至400-550℃，并保温0.5-4h，之后随炉冷却至室温。为了保证管式炉中氩气纯度>99.99％，因此在管式炉中预通入氩气时间应不低于10min。
优选地，将退火结晶得到的薄膜置于铝塑膜中，使用真空封装机进行封装，防止薄膜被氧化。
与现有技术相比，本发明采用热压烧结的方式，制备不同掺杂比例的钨掺杂二氧化钒靶材，并通过射频磁控溅射的方法获得与靶材成分基本一致的薄膜，解决了反应直流磁控溅射氧分压造成纯度低等问题，从而制备出相变温度可调控的高质量钨掺杂二氧化钒薄膜，且过程简单，易于控制，为制备高质量掺杂VO2薄膜提供参考，具有较高的应用价值。
附图说明
图1为对比例所制备二氧化钒薄膜的电阻温度曲线图；
图2为对比例所制备二氧化钒薄膜的X射线光电子能谱；
图3为实施例1所制备钨掺杂含量为0.9％的二氧化钒薄膜的电阻温度曲线图；
图4为实施例1所制备钨掺杂含量为0.9％的二氧化钒薄膜的X射线光电子能谱；
图5为实施例2所制备钨掺杂含量为1.8％的二氧化钒薄膜的电阻温度曲线图；
图6为实施例2所制备钨掺杂含量为1.8％的二氧化钒薄膜的X射线光电子能谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
对比例：
VO2薄膜的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)称取VO2粉末共1000g作为原料，将原料和球磨钢珠放置于球磨罐中通过行星式高能球磨机进行球磨混合，球磨以350r/min的速度球磨6h。
(2)将步骤(1)中得到的混合粉体放入直径为76.2mm的硬质合金模具中，并保持粉末均匀分布在模具中，将模具放入固定下压头基准面的热压炉炉体中。
(3)通入氩气并加热，施加40MPa的轴向压力，然后升温到800℃进行保温30min，当压机上压头发生位移达到28mm时，确定靶材胚体达到90％的相对密度。保温处理完成后卸载压力，随炉冷却至室温，完成热压烧结。
(4)将直径为76.2mm的铜背靶和靶材胚体放置于包套中，将真空抽至6.7×10-6Pa，将包套放置于炉中，将温度升高至800℃，并保温2h，采用热等静压焊接工艺将制备的靶材胚体与铜背靶焊接在一起，焊接完成，使包套在空气中冷却，冷却后去除包套。
(5)清洗硅片，采用超声波清洗的方法将硅片(100)依次放置于丙酮、乙醇和去离子水中清洗15min，清洗的温度设置为27℃，清洗完毕后的硅片用氮气枪将表面的水珠吹干。
(6)将步骤(5)中清洗的硅片固定在基板上并放置到磁控溅射系统中的溅射腔中，然后将溅射腔的基本压力降低至小于7.8×10-7Torr，氩气流速为30.2sccm，在溅射薄膜之前用挡板对靶材进行预溅射10min，去除靶材表面被污染的物质。
(7)薄膜溅射，将溅射功率设置为200W并沉积30min，在沉积过程中，实际的溅射功率为191W，氩气流速为30.2sccm，溅射腔中的工作压力为3.6×10-3Torr。
(8)将步骤(7)中溅射得到的薄膜放置于管式退火炉中进行退火结晶，退火过程中不断通入氩气，然后在氩气中进行退火，退火温度从室温以5℃/min的速率升高到520℃，并保温2h，然后随炉冷却至室温。
(9)将步骤(8)中退火得到的薄膜进行封装，将薄膜放置于铝塑膜中，使用真空封装机进行封装，防止薄膜被氧化。
其中，步骤(2)将混合粉末均匀装入模具中选取模具平面内均匀分布的5点，测量并计算粉体在模具内的高度为38mm。
步骤(4)热等静压焊接过程始终保持真空机工作，保证水蒸气被抽走，包套采用低碳钢焊接而成。
步骤(6)磁控溅射的靶材与基板的距离为1cm，保持基板的温度在25℃，同时基板偏压为0V，薄膜的厚度在100nm左右。
步骤(8)中退火之前预先对管式炉通入氩气10min，在整个退火过程中保持氩气的流速为25sccm。
所得薄膜的电阻温度曲线如图1所示，测得VO2薄膜的相变温度为68℃，磁滞宽度为13℃。所得薄膜的X射线光电子能谱如图2所示，通过X射线光电子能谱分峰后的V4+峰面积占V4+和V5+峰面积总和，对应得到VO2薄膜中V4+的含量为80％。
实施例1：
V0.99W0.01O2薄膜的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)按照物质的量比为99：1称取VO2粉末和WO3粉末共1000g作为原料，将原料和球磨钢珠放置于球磨罐中通过行星式高能球磨机进行球磨混合，球磨以400r/min的速度球磨5h。
(2)将步骤(1)中得到的混合粉体放入直径为76.2mm的硬质合金模具中，并保持粉末均匀分布在模具中，将模具放入固定下压头基准面的热压炉炉体中。
(3)通入氩气并加热，施加40MPa的轴向压力，然后升温到900℃进行保温35min，当压机上压头发生位移达到30mm时，确定靶材胚体达到90％的相对密度。保温处理完成后卸载压力，随炉冷却至室温，完成热压烧结。
(4)将直径为76.2mm的铜背靶和靶材胚体放置于包套中，将真空抽至5×10-6Pa，将包套放置于炉中，将温度升高至700℃，并保温2h，采用热等静压焊接工艺将制备的靶材胚体与铜背靶焊接在一起，焊接完成，使包套在空气中冷却，冷却后去除包套。
(5)清洗硅片，采用超声波清洗的方法将硅片(100)依次放置于丙酮、乙醇和去离子水中清洗15min，清洗的温度设置为27℃，清洗完毕后的硅片用氮气枪将表面的水珠吹干。
(6)将步骤(5)中清洗的硅片固定在基板上并放置到磁控溅射系统中的溅射腔中，然后将溅射腔的基本压力降低至小于7.8×10-7Torr，氩气流速为30.2sccm，在溅射薄膜之前用挡板对靶材进行预溅射10min，去除靶材表面被污染的物质。
(7)薄膜溅射，将溅射功率设置为200W并沉积30min，在沉积过程中，实际的溅射功率为181W，氩气流速为30.2sccm，溅射腔中的工作压力为3.6×10-3Torr。
(8)将步骤(7)中溅射得到的薄膜放置于管式退火炉中进行退火结晶，退火过程中不断通入氩气，然后在氩气中进行退火，退火温度从室温以5℃/min的速率升高到500℃，并保温2h，然后随炉冷却至室温。
(9)将步骤(8)中退火得到的薄膜进行封装，将薄膜放置于铝塑膜中，使用真空封装机进行封装，防止薄膜被氧化。
其中，步骤(2)将混合粉末均匀装入模具中选取模具平面内均匀分布的5点，测量并计算粉体在模具内的高度为40mm。
步骤(4)热等静压焊接过程始终保持真空机工作，保证水蒸气被抽走，包套采用低碳钢焊接而成。
步骤(6)磁控溅射的靶材与基板的距离为1cm，保持基板的温度在25℃，同时基板偏压为0V，薄膜的厚度在100nm左右。
步骤(8)中退火之前预先对管式炉通入氩气10min，在整个退火过程中保持氩气的流速为25sccm。
本实施例所得薄膜的电阻温度曲线如图3所示，测得V0.99W0.01O2薄膜的相变温度为44℃，磁滞宽度为10℃。本实施例所得薄膜的X射线光电子能谱如图4所示，计算得到W6+的摩尔量占V4+与W6+总摩尔量的0.9％。
实施例2：
V0.98W0.02O2薄膜的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)按照物质的量比为98：2称取VO2粉末和WO3粉末共1000g作为原料，将原料和球磨钢珠放置于球磨罐中通过行星式高能球磨机进行球磨混合，球磨以350r/min的速度球磨5h。
(2)将步骤(1)中得到的混合粉体放入直径为76.2mm的硬质合金模具中，并保持粉末均匀分布在模具中，将模具放入固定下压头基准面的热压炉炉体中。
(3)通入氩气并加热，施加40MPa的轴向压力，然后升温到900℃进行保温35min，当压机上压头发生位移达到28mm时，确定靶材胚体达到90％的相对密度。保温处理完成后卸载压力，随炉冷却至室温，完成热压烧结。
(4)将直径为76.2mm的铜背靶和靶材胚体放置于包套中，将真空抽至5.5×10-6Pa，将包套放置于炉中，将温度升高至800℃，并保温3h，采用热等静压焊接工艺将制备的靶材胚体与铜背靶焊接在一起，焊接完成，使包套在空气中冷却，冷却后去除包套。
(5)清洗硅片，采用超声波清洗的方法将硅片(100)依次放置于丙酮、乙醇和去离子水中清洗15min，清洗的温度设置为25℃，清洗完毕后的硅片用氮气枪将表面的水珠吹干。
(6)将步骤(5)中清洗的硅片固定在基板上并放置到磁控溅射系统中的溅射腔中，然后将溅射腔的基本压力降低至小于5.8×10-7Torr，氩气流速为30.2sccm，在溅射薄膜之前用挡板对靶材进行预溅射10min，去除靶材表面被污染的物质。
(7)薄膜溅射，将溅射功率设置为200W并沉积30min，在沉积过程中，实际的溅射功率为187W，氩气流速为30.2sccm，溅射腔中的工作压力为3.6×10-3Torr。
(8)将步骤(7)中溅射得到的薄膜放置于管式退火炉中进行退火结晶，退火过程中不断通入氩气，然后在氩气中进行退火，退火温度从室温以5℃/min的速率升高到500℃，并保温3h，然后随炉冷却至室温。
(9)将步骤(8)中退火得到的薄膜进行封装，将薄膜放置于铝塑膜中，使用真空封装机进行封装，防止薄膜被氧化。
其中，步骤(2)将混合粉末均匀装入模具中选取模具平面内均匀分布的5点，测量并计算粉体在模具内的高度为38mm。
步骤(4)热等静压焊接过程始终保持真空机工作，保证水蒸气被抽走，包套采用低碳钢焊接而成。
步骤(6)磁控溅射的靶材与基板的距离为1cm，保持基板的温度在25℃，同时基板偏压为0V，薄膜的厚度在100nm左右。
步骤(8)退火之前预先对管式炉通入氩气10min，在整个退火过程中保持氩气的流速为25sccm。
本实施例所得薄膜的电阻温度曲线如图5所示，测得V0.98W0.02O2薄膜的相变温度为23℃，磁滞宽度为8℃。本实施例所得薄膜的X射线光电子能谱如图6所示，计算得到W6+的摩尔量占V4+与W6+总摩尔量的1.8％。
实施例3：
一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将VO2粉末与WO3粉末进行球磨混合，之后置于模具中进行热压烧结，得到靶材胚体；
2)将铜背靶与步骤1)中的靶材胚体焊接在一起，得到靶材；
3)将预处理后的衬底及步骤2)中的靶材一起置于磁控溅射腔中，进行射频磁控溅射，得到薄膜；
4)将步骤3)中的薄膜进行退火结晶，即得到钨掺杂二氧化钒薄膜。
其中，步骤1)中，VO2粉末与WO3粉末的摩尔比为98:2。球磨混合过程中，转速为300r/min，球磨时间为6h。热压烧结过程中，通入氩气，施加20MPa的轴向压力，在1000℃保温20min。
步骤2)中，采用热等静压焊接工艺将铜背靶与靶材胚体焊接在一起。焊接过程中，温度为1000℃，抽真空至压力＜1×10-4Pa，保温时间为2h。
步骤3)中，衬底为硅片；衬底的预处理过程为：采用超声波清洗的方法，将衬底依次置于丙酮、乙醇及水中清洗15min，之后进行干燥；清洗的温度为25℃。射频磁控溅射过程中，磁控溅射腔内的工作压力为10-2Torr，溅射温度为20℃，溅射功率为300W，沉积时间为20min。在进行射频磁控溅射之前，先对靶材进行预溅射；预溅射过程中，磁控溅射腔内的压力＜10-6Torr，氩气流速为20sccm，预溅射时间为10min。
步骤4)中，退火结晶过程中，通入氩气，由室温开始以5℃/min的速率升高至550℃，并保温0.5h，之后随炉冷却至室温。
实施例4：
一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将VO2粉末与WO3粉末进行球磨混合，之后置于模具中进行热压烧结，得到靶材胚体；
2)将铜背靶与步骤1)中的靶材胚体焊接在一起，得到靶材；
3)将预处理后的衬底及步骤2)中的靶材一起置于磁控溅射腔中，进行射频磁控溅射，得到薄膜；
4)将步骤3)中的薄膜进行退火结晶，即得到钨掺杂二氧化钒薄膜。
其中，步骤1)中，VO2粉末与WO3粉末的摩尔比为100:0.01。球磨混合过程中，转速为400r/min，球磨时间为3h。热压烧结过程中，通入氩气，施加60MPa的轴向压力，在800℃保温60min。
步骤2)中，采用热等静压焊接工艺将铜背靶与靶材胚体焊接在一起。焊接过程中，温度为400℃，抽真空至压力＜1×10-4Pa，保温时间为4h。
步骤3)中，衬底为硅片；衬底的预处理过程为：采用超声波清洗的方法，将衬底依次置于丙酮、乙醇及水中清洗5min，之后进行干燥；清洗的温度为35℃。射频磁控溅射过程中，磁控溅射腔内的工作压力为10-3Torr，溅射温度为30℃，溅射功率为100W，沉积时间为30min。在进行射频磁控溅射之前，先对靶材进行预溅射；预溅射过程中，磁控溅射腔内的压力＜10-7Torr，氩气流速为30sccm，预溅射时间为5min。
步骤4)中，退火结晶过程中，通入氩气，由室温开始以10℃/min的速率升高至400℃，并保温4h，之后随炉冷却至室温。
实施例5：
一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将VO2粉末与WO3粉末进行球磨混合，之后置于模具中进行热压烧结，得到靶材胚体；
2)将铜背靶与步骤1)中的靶材胚体焊接在一起，得到靶材；
3)将预处理后的衬底及步骤2)中的靶材一起置于磁控溅射腔中，进行射频磁控溅射，得到薄膜；
4)将步骤3)中的薄膜进行退火结晶，即得到钨掺杂二氧化钒薄膜。
其中，步骤1)中，VO2粉末与WO3粉末的摩尔比为99:1。球磨混合过程中，转速为350r/min，球磨时间为4h。热压烧结过程中，通入氩气，施加40MPa的轴向压力，在900℃保温40min。
步骤2)中，采用热等静压焊接工艺将铜背靶与靶材胚体焊接在一起。焊接过程中，温度为700℃，抽真空至压力＜1×10-4Pa，保温时间为3h。
步骤3)中，衬底为硅片；衬底的预处理过程为：采用超声波清洗的方法，将衬底依次置于丙酮、乙醇及水中清洗10min，之后进行干燥；清洗的温度为30℃。射频磁控溅射过程中，磁控溅射腔内的工作压力为5×10-3Torr，溅射温度为25℃，溅射功率为200W，沉积时间为25min。在进行射频磁控溅射之前，先对靶材进行预溅射；预溅射过程中，磁控溅射腔内的压力＜5×10-7Torr，氩气流速为25sccm，预溅射时间为7min。
步骤4)中，退火结晶过程中，通入氩气，由室温开始以7℃/min的速率升高至480℃，并保温2h，之后随炉冷却至室温。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将VO2粉末与WO3粉末进行球磨混合，之后置于模具中进行热压烧结，得到靶材胚体；
2)将铜背靶与步骤1)中的靶材胚体焊接在一起，得到靶材；
3)将预处理后的衬底及步骤2)中的靶材一起置于磁控溅射腔中，进行射频磁控溅射，得到薄膜；
4)将步骤3)中的薄膜进行退火结晶，即得到钨掺杂二氧化钒薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的VO2粉末与WO3粉末的摩尔比为(98-100):(0.01-2)。
3.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，球磨混合过程中，转速为300-400r/min，球磨时间为3-6h。
4.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，热压烧结过程中，通入氩气，施加20-60MPa的轴向压力，在800-1000℃保温20-60min。
5.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用热等静压焊接工艺将铜背靶与靶材胚体焊接在一起。
6.根据权利要求5所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，焊接过程中，温度为400-1000℃，抽真空至压力＜1×10-4Pa，保温时间为2-4h。
7.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的衬底为硅片；衬底的预处理过程为：采用超声波清洗的方法，将衬底依次置于丙酮、乙醇及水中清洗5-15min，之后进行干燥；清洗的温度为25-35℃。
8.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，射频磁控溅射过程中，磁控溅射腔内的工作压力为10-3-10-2Torr，溅射温度为20-30℃，溅射功率为100-300W，沉积时间为20-30min。
9.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，在进行射频磁控溅射之前，先对靶材进行预溅射；预溅射过程中，磁控溅射腔内的压力＜10-7-10-6Torr，氩气流速为20-30sccm，预溅射时间为5-10min。
10.根据权利要求1所述的一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4)中，退火结晶过程中，通入氩气，由室温开始以5-10℃/min的速率升高至400-550℃，并保温0.5-4h，之后随炉冷却至室温。
CN202110106194.3A 2021-01-26 2021-01-26 一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法 Pending CN112921291A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110106194.3A CN112921291A (zh) 2021-01-26 2021-01-26 一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110106194.3A CN112921291A (zh) 2021-01-26 2021-01-26 一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112921291A true CN112921291A (zh) 2021-06-08

Family

ID=76166465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110106194.3A Pending CN112921291A (zh) 2021-01-26 2021-01-26 一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112921291A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114538924A (zh) * 2022-01-25 2022-05-27 北京科技大学 氧化钒掺杂过渡金属氧化物制备电子相变陶瓷材料的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050167592A1 (en) * 2004-01-29 2005-08-04 Korea Institute Of Science And Technology Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film
CN1800440A (zh) * 2005-04-30 2006-07-12 江苏工业学院 室温电阻温度系数高于10%k的多晶二氧化钒薄膜制备方法
CN102251216A (zh) * 2011-07-19 2011-11-23 电子科技大学 一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法
CN104099563A (zh) * 2013-04-03 2014-10-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 磁控溅射法制备二氧化钒薄膜的方法
CN104445990A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 武汉理工大学 一种降低二氧化钒薄膜相变温度的方法
CN108070835A (zh) * 2016-11-14 2018-05-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高电阻温度系数二氧化钒薄膜及其低温沉积方法
CN111116050A (zh) * 2020-01-08 2020-05-08 武汉理工大学 一种钨掺杂二氧化钒薄膜及其制备方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050167592A1 (en) * 2004-01-29 2005-08-04 Korea Institute Of Science And Technology Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film
CN1800440A (zh) * 2005-04-30 2006-07-12 江苏工业学院 室温电阻温度系数高于10%k的多晶二氧化钒薄膜制备方法
CN102251216A (zh) * 2011-07-19 2011-11-23 电子科技大学 一种制备掺钨氧化钒薄膜的方法
CN104099563A (zh) * 2013-04-03 2014-10-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 磁控溅射法制备二氧化钒薄膜的方法
CN104445990A (zh) * 2014-11-21 2015-03-25 武汉理工大学 一种降低二氧化钒薄膜相变温度的方法
CN108070835A (zh) * 2016-11-14 2018-05-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高电阻温度系数二氧化钒薄膜及其低温沉积方法
CN111116050A (zh) * 2020-01-08 2020-05-08 武汉理工大学 一种钨掺杂二氧化钒薄膜及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINHUA LI ET AL.: "Temperature-responsive tungsten doped vanadium dioxide thin film starves bacteria to death", 《MATERIALS TODAY》 *
李金华等: "超高温度系数V0.97W0.03O2多晶薄膜的制备研究", 《物理学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114538924A (zh) * 2022-01-25 2022-05-27 北京科技大学 氧化钒掺杂过渡金属氧化物制备电子相变陶瓷材料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110195208B (zh) 一种可变带隙的NbMoTaWV高熵合金氧化物薄膜及其制备方法
CN102912308B (zh) 一种低相变温度二氧化钒薄膜制备工艺
CN110106490B (zh) 一种耐高温高熵合金NbMoTaWV薄膜及其制备方法
TW200936792A (en) Process for producing thin film of a-igzo oxide
TW201003679A (en) Conductor and manufacturing method therefor
CN104775101B (zh) 一种多孔结构二氧化钒薄膜的制备方法及应用
CN109207927A (zh) 一种氧化钒单晶薄膜的制备方法
CN112456813B (zh) 一种氧化镍电致变色薄膜及其制备方法与应用
CN112921291A (zh) 一种相变温度可调控的钨掺杂二氧化钒薄膜的制备方法
Lin et al. Influence of bias voltage on microstructure and phase transition properties of VO2 thin film synthesized by HiPIMS
WO2012029455A1 (ja) 酸化物焼結体及び酸化物半導体薄膜
Lin et al. The ultrathin VO2 (M) film with ultrahigh visible transmittance synthesized on the quartz glass substrate by HiPIMS
CN110106485B (zh) 一种负温度系数热敏薄膜及其制备方法
CN101424653A (zh) 一种氧化锌掺杂气敏薄膜的制备方法
CN112331555A (zh) 热滞回线可调控的二氧化钒薄膜的制备方法
CN102157262B (zh) 一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法
JPH07331430A (ja) サーモクロミック材料の製造法
Mustofa et al. The PLD of BaTiO3 target produced by SPS and its electrical properties for MLCC application
CN112500155B (zh) 一种镧掺杂钛酸钡靶材的制备方法
CN105177511B (zh) 一种负热膨胀材料Sc2Mo3O12薄膜的制备方法
CN105603382B (zh) 一种增强二氧化钒薄膜相变性能的方法
CN111519153A (zh) Ni掺杂CuCoMnOx尖晶石结构太阳能选择吸收涂层及制备方法
JP2764539B2 (ja) サーモクロミック材料の製造方法
CN106048532B (zh) 一种二氧化钒纳米颗粒膜的制备方法
CN115595543B (zh) 一种具有MAB相结构的MoAlB陶瓷薄膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210608