RU2554304C2 - Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника - Google Patents
Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554304C2 RU2554304C2 RU2013132987/28A RU2013132987A RU2554304C2 RU 2554304 C2 RU2554304 C2 RU 2554304C2 RU 2013132987/28 A RU2013132987/28 A RU 2013132987/28A RU 2013132987 A RU2013132987 A RU 2013132987A RU 2554304 C2 RU2554304 C2 RU 2554304C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vanadium
- sensitive element
- oxide
- matrix
- electrodes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к созданию тонкопленочных элементов матрицы неохлаждаемого типа в тепловых приемниках излучения (болометров) высокой чувствительности.
Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника на основе оксида ванадия представляет собой нанесение металлической пленки ванадия и электродов методами магнетронного распыления и последующей лифт-офф литографии на диэлектрическую подложку. Затем через металлическую пленку ванадия пропускают электрический ток высокой плотности, под действием которого она нагревается и термически окисляется. После нагрева структуры и образования оксида VOx ток отключают, и происходит остывание сформированного тонкопленочного элемента. Изобретение позволяет значительно упростить способ изготовления чувствительного элемента матрицы теплового приемника. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к созданию тонкопленочных элементов матрицы неохлаждаемого типа в тепловых приемниках излучения (болометров) высокой чувствительности.
Известен способ получения тонкопленочных элементов матрицы на основе оксида ванадия VOx, где x находится в пределах от 1.5 до 2.0. При этом часть ионов ванадия в оксиде заменены ионом металла М, где ион металла М может представлять собой следующие элементы: хром (Cr), алюминий (Al), железо (Fe), марганец (Mn), ниобий (Nb), тантал (Та) и титан (Ti). Оксид ванадия наносят на подложку методом магнетронного распыления или золь-гель методом. Полученный тонкопленочный элемент матрицы обладает низким сопротивлением и большим значением температурного коэффициента сопротивления ТКС [1].
Недостатком данного способа является то, что требуются значительные затраты времени и высокая трудоемкость изготовления.
Также известен способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника, где аморфные пленки оксида, предпочтительно оксида ванадия (VOx), наносят на термически выращенный диоксид кремния при помощи магнетронного распыления на постоянном токе (DC) совместно с благородным металлом (золотом или платиной) в контролируемом соотношении газовой атмосферы (аргона и кислорода). В патенте определены оптимальные условия для подготовки чувствительного материала, представляющего собой аморфный оксид ванадия, легированный благородным металлом [2].
Недостатком данного способа является трудоемкость изготовления тонкопленочной ячейки болометра, в частности необходимость прецизионного контроля соотношения аргона и кислорода при магнетронном распылении.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ, основанный на осаждении тонкой пленки металлического сплава ванадия-вольфрама на диэлектрической подложке, при помощи высокочастотного (RF) распыления, химического осаждения из паровой фазы (CVD) или лазерной абляции (PLD). Толщина получаемой пленки металлического сплава составляет 25-200 нм, содержание вольфрама в сплаве от 1 до 50 атомных процентов. Полученные тонкие пленки металлического сплава ванадия-вольфрама окисляются путем термической обработки при температуре 250-400°C. В результате получается пленка аморфного оксида ванадия-вольфрама (V-W-Ox), являющаяся чувствительным материалом элемента матрицы теплового приемника [3].
Недостатком данного способа является сложность изготовления ячейки, в частности необходимость контроля композиционного отношения ванадия и вольфрама.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в существенном упрощении изготовления чувствительного элемента матрицы теплового приемника, обеспечении высокого температурного коэффициента сопротивления, благодаря малым линейным размерам чувствительного элемента. Кроме того, за счет снижения температуры подложки предотвращается температурное разрушение соседних элементов пленочных структур.
Достигается технический результат за счет того, что для чувствительного элемента, установленного между электродами, используют перемычку оксида ванадия VOx, которую получают при помощи термического окисления расположенной между электродами металлической пленки ванадия, нагреваемой за счет пропускания электрического тока высокой плотности в кислородосодержащей среде, причем оксид ванадия VOx определяют в пределах x от 1,5 до 2,5, а плотность тока выбирают в пределах (1-5)·106 А/см2.
На фиг.1 изображен чувствительный элемент матрицы теплового приемника, где 1 - металлическая пленка ванадия, 2 - область оксида VO3, 3 - электроды, 4 - диэлектрическая подложка SiO2.
Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника на основе оксида ванадия представляет собой нанесение металлической пленки ванадия 1 и электродов 3 методами магнетронного распыления и последующей лифт-офф литографии на диэлектрическую подложку SiO2 4. Размеры ванадиевой перемычки 1: ширина D=3-10 мкм и длина L=10-40 мкм. Затем через металлическую пленку ванадия 1 пропускается электрический ток высокой плотности (1-5)·106 А/см2, под действием которого она нагревается и термически окисляется. Температура окисления на воздухе составляет порядка 300°C, образуемый оксид представляет собой смесь фаз VOx (где x находится в пределах от 1.5 до 2.5), с преимущественным содержанием VO2. После нагрева структуры и образования оксида VOx ток отключают, и происходит остывание сформированного тонкопленочного элемента. Сопротивление чувствительного элемента матрицы, на постоянном токе при комнатной температуре составляет менее 100 кОм, на переменном токе при частоте выше 100 кГц сопротивление составляет порядка 1 кОм. Низкое сопротивление при высоком температурном коэффициенте сопротивления (от 2,5%/°C) достигается благодаря малым линейным размерам чувствительного элемента матрицы, а также наличию низших оксидов ванадия в чувствительном материале элемента матрицы теплового приемника. Необходимо отметить, что для данного технологического процесса не требуются высокие температуры всей подложки, т.к. термическое окисление происходит локально, и процесс может быть отнесен к низкотемпературным, не разрушающим соседние элементы, такая технология считается перспективной с точки зрения создания многослойных пленочных структур (3D интеграция). Другим преимуществом является отсутствие сложного технологического этапа, такого как литография по оксидному участку, предполагающего использование высокотемпературных резистов и специальных химических реактивов [1, 3].
Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно упростить процесс изготовления чувствительного элемента матрицы теплового приемника и повысить температурный коэффициент сопротивления, что позволяет значительно снизить температуру всей подложки 4 и предотвратить температурное разрушение соседних элементов пленочных структур.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Mori, et al. Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film. United States Patent 6489613, Assignee: NEC Corporation, Publication Date: 03/12/2002.
2. Coffey, et al. Nanocomposite semiconducting material with reduced resistivity. United States Patent 8228159, Assignee: University of Central Florida Research Foundation, Publication Date: 24/07/2012.
3. Moon, et al. Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film. United States Patent 7250604, Assignee: Korea Institute of Science and Technology, Publication Date: 31/07/2007.
Claims (2)
1. Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника, включающий создание чувствительного материала путем подачи тока с помощью подводящих электродов, отличающийся тем, что для чувствительного элемента, установленного между электродами, используют перемычку оксида ванадия VOx, которую получают при помощи термического окисления расположенной между электродами металлической пленки ванадия, нагреваемой за счет пропускания электрического тока высокой плотности в кислородосодержащей среде, причем оксид ванадия VOx определяют в пределах x от 1,5 до 2,5.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность тока выбирают в пределах
(1-5)·106 А/см2.
(1-5)·106 А/см2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132987/28A RU2554304C2 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132987/28A RU2554304C2 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013132987A RU2013132987A (ru) | 2015-01-27 |
RU2554304C2 true RU2554304C2 (ru) | 2015-06-27 |
Family
ID=53280921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013132987/28A RU2554304C2 (ru) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2554304C2 (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110184560A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-08-30 | 上海海事大学 | 一种二氧化钒微米管阵列及其制备方法 |
CN115064679B (zh) * | 2022-07-04 | 2024-04-23 | 佛山科学技术学院 | 一种氧化钒微米棒簇及其制备方法和应用 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6489613B1 (en) * | 1998-09-01 | 2002-12-03 | Nec Corporation | Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film |
UA75377C2 (en) * | 2003-05-19 | 2006-04-17 | Ivan Zakharovych Indutnyi | Method for producing thermosensitive film for an uncooled bolometer |
RU2293953C1 (ru) * | 2005-10-11 | 2007-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Тепловой приемник |
US7250604B2 (en) * | 2004-01-29 | 2007-07-31 | Korea Institute Of Science And Technology | Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film |
CN101915620B (zh) * | 2010-08-20 | 2012-05-09 | 电子科技大学 | 一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制作方法 |
US8228159B1 (en) * | 2007-10-19 | 2012-07-24 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Nanocomposite semiconducting material with reduced resistivity |
RU2011151923A (ru) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Способ изготовления диэлектрического слоя |
-
2013
- 2013-07-16 RU RU2013132987/28A patent/RU2554304C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6489613B1 (en) * | 1998-09-01 | 2002-12-03 | Nec Corporation | Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film |
UA75377C2 (en) * | 2003-05-19 | 2006-04-17 | Ivan Zakharovych Indutnyi | Method for producing thermosensitive film for an uncooled bolometer |
US7250604B2 (en) * | 2004-01-29 | 2007-07-31 | Korea Institute Of Science And Technology | Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film |
RU2293953C1 (ru) * | 2005-10-11 | 2007-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Тепловой приемник |
US8228159B1 (en) * | 2007-10-19 | 2012-07-24 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Nanocomposite semiconducting material with reduced resistivity |
CN101915620B (zh) * | 2010-08-20 | 2012-05-09 | 电子科技大学 | 一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制作方法 |
RU2011151923A (ru) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Способ изготовления диэлектрического слоя |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013132987A (ru) | 2015-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5300102B2 (ja) | ボロメータ用抵抗体膜 | |
WO2012133074A1 (ja) | 抵抗体および抵抗素子 | |
Huang et al. | Tungsten-doped vanadium dioxide thin films on borosilicate glass for smart window application | |
US5801383A (en) | VOX film, wherein X is greater than 1.875 and less than 2.0, and a bolometer-type infrared sensor comprising the VOX film | |
CN103424458B (zh) | 半导体气体传感器及其制造方法 | |
Zhu et al. | Thickness-modulated thermochromism of vanadium dioxide thin films grown by magnetron sputtering | |
Skuza et al. | Electro-thermal control of aluminum-doped zinc oxide/vanadium dioxide multilayered thin films for smart-device applications | |
Han et al. | Versatile approaches to tune a nanocolumnar structure for optimized electrical properties of In2O3 based gas sensor | |
RU2554304C2 (ru) | Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника | |
Reddy et al. | Bolometric properties of reactively sputtered TiO2− x films for thermal infrared image sensors | |
EP1560008B1 (en) | A method for fabricating an amorphous vanadium tungsten oxide thin film | |
US6455849B1 (en) | Normal metal boundary conditions for multi-layer TES detectors | |
Sundeen et al. | Thermal sensor properties of cermet resistor films on silicon substrates | |
Reddy et al. | Substrate temperature dependent bolometric properties of TiO2− x films for infrared image sensor applications | |
Koussi et al. | Synthesis of vanadium oxides by pulsed laser deposition and rapid thermal annealing | |
Dehghani et al. | A gas sensor comprising two back-to-back connected Au/TiO2 Schottky diodes | |
Zhang et al. | Improvement of sensing characteristics of radio-frequency sputtered tungsten oxide films through surface modification by laser irradiation | |
Nam et al. | Electrical properties of vanadium tungsten oxide thin films | |
JP2008244344A (ja) | 薄膜サーミスタ素子及び薄膜サーミスタ素子の製造方法 | |
Domashevskaya et al. | SnOx obtaining by thermal oxidation of nanoscale tin films in the air and its characterization | |
JP2015216241A (ja) | 機能性素子、二酸化バナジウム薄膜製造方法 | |
Liu et al. | Comparative study of the metal insulator transition of a VO2 film with simultaneous infrared thermography and electric measurements | |
CN103540903B (zh) | 一种低温高电阻温度系数无热滞薄膜材料及其制备方法 | |
CN110453175A (zh) | 一种氧化钒薄膜的制备方法 | |
Zhang et al. | TiO2− x films for bolometer applications: recent progress and perspectives |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170717 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181008 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200717 |