RU2740633C1 - Active material based on v(mo)ox with vanadium target doped with transition metal oxide, for use in microbolometer and method for production thereof - Google Patents

Active material based on v(mo)ox with vanadium target doped with transition metal oxide, for use in microbolometer and method for production thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2740633C1
RU2740633C1 RU2020115271A RU2020115271A RU2740633C1 RU 2740633 C1 RU2740633 C1 RU 2740633C1 RU 2020115271 A RU2020115271 A RU 2020115271A RU 2020115271 A RU2020115271 A RU 2020115271A RU 2740633 C1 RU2740633 C1 RU 2740633C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thin film
transition metal
deposition
producing
metal oxide
Prior art date
Application number
RU2020115271A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Озер ЧЕЛИК
Original Assignee
Аселсан Электроник Санайи Ве Тиджарет Аноним Ширкети
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 Аселсан Электроник Санайи Ве Тиджарет Аноним Ширкети filed Critical Аселсан Электроник Санайи Ве Тиджарет Аноним Ширкети
Application granted granted Critical
Publication of RU2740633C1 publication Critical patent/RU2740633C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to radiation detectors and concerns a thin film suitable for bolometric applications. Thin film contains a vanadium target doped with one of the oxides of transition metals, where said thin film is represented by V(MO)Ox, and the transition metal oxide (MO) is WO3, Nb2O5, TiO2, HfO.
EFFECT: technical result consists in improvement of film uniformity and improvement of its operational properties.
11 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к активному материалу на основе V(MO)Ox (болометрической тонкой пленке), полученному посредством применения ванадиевой мишени, легированной оксидом переходного металла (MO: WO3, Nb2O5, TiO2, HfO), для применения в микроболометре и способу его получения.The present invention relates to an active material based on V (MO) O x (bolometric thin film) obtained by using a vanadium target doped with a transition metal oxide (MO: WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , HfO) for use in microbolometer and a method for its production.

Уровень техникиState of the art

Оксиды ванадия (VOx) применяли в качестве сенсорных материалов для применения в микроболометре. Тонкие пленки на основе VOx обладают надлежащими болометрическими свойствами, такими как низкое удельное сопротивление, высокий отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления (TCR) и низкий уровень электрического шума. Наиболее важным параметром, который определяет шумовые характеристики детекторов микроболометров, являются болометрические свойства применяемого активного металла. В данных свойствах TCR и уровни шума являются основными факторами, которые обуславливают применимость активного материала. В уровне техники существуют некоторые затруднения в разработке активного материала с высоким TCR и низким уровнем электрического шума. Vanadium oxides (VO x ) were used as sensor materials for use in a microbolometer. VO x thin films have good bolometric properties such as low resistivity, high negative temperature coefficient of resistivity (TCR) and low electrical noise. The most important parameter that determines the noise characteristics of microbolometer detectors is the bolometric properties of the active metal used. In these properties, TCR and noise levels are the main factors that determine the applicability of the active material. In the prior art, there are some difficulties in developing an active material with a high TCR and low electrical noise.

В литературных исследованиях способы осаждения, посредством которых получают различные мишени или легированные металлами мишени, применяют в качестве методик осаждения активного материала. Поскольку данная ситуация отрицательно влияет на однородность пленки, становится трудно контролировать количество легированного металла и процесс окисления. Таким образом, воспроизводимость получения VOx является затруднительной вследствие сложности способа изготовления. Существуют также некоторые несовместимости производимого материала с методиками микропроизводства.In literature studies, deposition methods by which various targets or metal-doped targets are obtained are used as active material deposition techniques. Since this situation adversely affects the uniformity of the film, it becomes difficult to control the amount of alloyed metal and the oxidation process. Thus, the reproducibility of obtaining VO x is difficult due to the complexity of the manufacturing method. There are also some incompatibilities of the produced material with micro-manufacturing techniques.

US6489613B1US6489613B1

В US6489613B1 раскрыта оксидная тонкая пленка для болометра, содержащая оксид ванадия, представленный VOx, где x соответствует 1,5<=x<=2,0, при этом часть ионов ванадия в оксиде ванадия замещена ионом металла M, где ион металла M представляет собой по меньшей мере одно из хрома (Cr), алюминия (Al), железа (Fe), марганца (Mn), ниобия (Nb), тантала (Ta) и титана (Ti). Кроме того, представлен инфракрасный детектор, имеющий тонкую пленку болометра, определенную выше. US6489613B1 discloses an oxide thin film for a bolometer containing vanadium oxide represented by VO x , where x corresponds to 1.5 <= x <= 2.0, while part of the vanadium ions in the vanadium oxide is replaced by a metal ion M, where the metal ion M is is at least one of chromium (Cr), aluminum (Al), iron (Fe), manganese (Mn), niobium (Nb), tantalum (Ta), and titanium (Ti). In addition, an infrared detector is provided having a bolometer thin film as defined above.

В US6322670B2 раскрыт материал на основе VOx, содержащий ванадий и кислород, образующие соответствующие доли материала на основе VOx, где x представляет собой значение, выбранное для определения термического коэффициента сопротивления (TCR) от 0,005 до 0,05. Свойства материала на основе VOx могут быть изменены или модифицированы посредством регулирования определенных параметров в среде осаждения распылением ионным пучком. Способ представляет собой низкотемпературный способ (менее 100 градусов Цельсия).US6322670B2 discloses a VO x- based material containing vanadium and oxygen forming respective proportions of the VO x- based material, where x is the value chosen to determine the thermal resistance coefficient (TCR) from 0.005 to 0.05. The properties of the VO x based material can be altered or modified by adjusting certain parameters in the ion beam sputtering deposition environment. The method is a low temperature method (less than 100 degrees Celsius).

Ни один из документов в предшествующем уровне техники не раскрывает стабильный и активный материал на основе ванадия, легированный оксидами переходных металлов, а также способ получения, обеспечивающий высокую однородность и эксплуатационные характеристики, а также совместимость с CMOS. Следовательно, существует необходимость в создании активного материала на основе ванадия, имеющего высокую стабильность, с высоким TCR и низкими уровнями шума, а также способа получения, характеризующегося воспроизводимостью и высокой однородностью и совместимостью с CMOS (дополнительный металл-оксид-полупроводник).None of the documents in the prior art disclose a stable and active vanadium-based material doped with transition metal oxides, or a production method that provides high uniformity and performance as well as CMOS compatibility. Therefore, there is a need for a vanadium-based active material having high stability, high TCR and low noise levels, and a production method characterized by reproducibility and high uniformity and CMOS (supplemental metal oxide semiconductor) compatibility.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

Для получения высокопроизводительных микроболометров необходимо сосредоточиться на получении материала с высоким TCR и низкими уровнями шума. Основной целью настоящего изобретения является повышение производительности болометрического устройства посредством получения тонкой пленки, характеризующейся низким уровнем электрического шума и высоким TCR (более 2,7). To obtain high performance microbolometers, you need to focus on obtaining material with high TCR and low noise levels. The main objective of the present invention is to improve the performance of a bolometric device by producing a thin film characterized by low electrical noise and high TCR (more than 2.7).

Другой целью настоящего изобретения является получение тонкой пленки для применения в микроболометре, характеризующейся высокой стабильностью.Another object of the present invention is to provide a thin film for microbolometer applications with high stability.

Еще одной целью настоящего изобретения является получение тонкой пленки, совместимой с CMOS благодаря низкотемпературному способу получения. Указанная тонкая пленка повышает совместимость с CMOS за счет применения всех стадий получения без термической обработки.Another object of the present invention is to provide a thin film compatible with CMOS due to the low temperature production method. This thin film enhances CMOS compatibility by employing all production steps without heat treatment.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа получения, характеризующегося высокой воспроизводимостью, однородностью и производительностью. Данная методика обеспечивает отличное превосходство в отношении однородности и эксплуатационных свойств по сравнению с другими способами, описанными в литературе, в которых выполняют осаждения из различных мишеней и мишени, легированной металлической фазой.Another object of the present invention is to provide a production method characterized by high reproducibility, uniformity and productivity. This technique provides excellent superiority in terms of uniformity and performance over other methods described in the literature, which perform depositions from various targets and a target doped with a metal phase.

Для достижения целей, описанных выше, представлена тонкая пленка, пригодная для болометрических вариантов применения, содержащая ванадиевую мишень, легированную одним из оксидов переходных металлов, при этом указанная тонкая пленка представлена V(MO)Ox, и оксид переходного металла (MO) представляет собой WO3, Nb2O5, TiO2, HfO. Также предложен способ получения указанной тонкой пленки, включающий стадии обеспечения ванадиевой мишени, осаждения на ванадиевую мишень одного из оксидов переходного металла, которые представляют собой WO3, Nb2O5, TiO2, HfO.To achieve the objectives described above, a thin film suitable for bolometric applications is provided containing a vanadium target doped with one of the transition metal oxides, said thin film being V (MO) O x and the transition metal oxide (MO) being WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , HfO. Also proposed is a method for producing said thin film, including the stages of providing a vanadium target, deposition on a vanadium target of one of the transition metal oxides, which are WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , HfO.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

На чертеже показана схема способа получения активного материала (тонкой пленки) с использованием ванадиевой мишени, легированной оксидом переходного металла.The drawing shows a schematic diagram of a method for producing an active material (thin film) using a vanadium target doped with a transition metal oxide.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Тонкую пленку, представленную в виде V(MO)Ox, согласно настоящему изобретению получают с использованием ванадиевой мишени, легированной наиболее стабильной фазой оксидов переходных металлов, при этом указанный х находится в диапазоне 1,7-2,5. Указанные оксиды переходных металлов (МО) представляют собой WO3, Nb2O5, TiO2, HfO. Таким образом, вместо металла в тонкую пленку легируют наиболее стабильную оксидную фазу. Осаждение данных оксидов переходных металлов улучшает болометрические свойства и стабильность продукта, а также повышает совместимость с CMOS за счет применения всех стадий получения без термической обработки. Болометрические свойства тонкой пленки получают в виде 2-3,5%-K-1 для TCR, параметр шума составляет 10-14-10-13. A thin film represented as V (MO) O x according to the present invention is obtained using a vanadium target doped with the most stable phase of transition metal oxides, said x being in the range 1.7-2.5. Said transition metal oxides (MO) are WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , HfO. Thus, instead of metal, the most stable oxide phase is doped into the thin film. The deposition of these transition metal oxides improves the bolometric properties and stability of the product, and also enhances compatibility with CMOS through the use of all preparation steps without heat treatment. The bolometric properties of the thin film are obtained as 2-3.5% -K -1 for TCR, the noise parameter is 10 -14 -10 -13 .

На чертеже показана схема способа получения тонкой пленки с использованием ванадиевой мишени, легированной оксидом переходного металла. Способ получения тонкой пленки приведен ниже:The drawing shows a schematic diagram of a method for producing a thin film using a vanadium target doped with a transition metal oxide. The thin film production method is shown below:

- обеспечение ванадиевой мишени,- providing a vanadium target,

- осаждение на ванадиевую мишень одного из оксидов переходных металлов, которые представляют собой WO3, Nb2O5, TiO2, HfO.- deposition on a vanadium target of one of the transition metal oxides, which are WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , HfO.

Указанное осаждение выполняют посредством применения способов распыления под воздействием постоянного тока, импульсного постоянного тока или способов высокочастотного распыления, в то время как давление осаждения находится в диапазоне 1-5 мторр. Процесс осаждения проводят в атмосфере, состоящей на 1-30% из реактивного газа (то есть O2/Ar). Толщина осаждения тонкой пленки находится в диапазоне 50-300 нм.This deposition is carried out by using DC sputtering, pulsed DC or high frequency spraying techniques while the deposition pressure is in the range of 1-5 mTorr. The deposition process is carried out in an atmosphere of 1-30% reactive gas (ie O 2 / Ar). The deposition thickness of the thin film is in the range of 50-300 nm.

Claims (13)

1. Тонкая пленка, пригодная для болометрических вариантов применения, содержащая ванадиевую мишень, легированную одним из оксидов переходных металлов, где указанная тонкая пленка представлена V(MO)Ox, и оксид переходного металла (MO) представляет собой WO3, Nb2O5, TiO2, HfO.1. A thin film suitable for bolometric applications, containing a vanadium target doped with one of the transition metal oxides, where said thin film is V (MO) O x and the transition metal oxide (MO) is WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , HfO. 2. Тонкая пленка по п. 1, где толщина осаждения тонкой пленки находится в диапазоне 50-300 нм.2. A thin film according to claim 1, wherein the thickness of the deposition of the thin film is in the range of 50-300 nm. 3. Тонкая пленка по п. 1, где указанная тонкая пленка характеризуется значением TCR, составляющим 2-3,5%-K-1.3. The thin film of claim 1, wherein said thin film has a TCR of 2-3.5% -K -1 . 4. Тонкая пленка по п. 1, где указанная тонкая пленка характеризуется параметром шума в диапазоне 10-14-10-13.4. A thin film according to claim 1, wherein said thin film has a noise parameter in the range of 10 -14 -10 -13 . 5. Тонкая пленка по п. 1, где указанный x находится в диапазоне 1,7-2,5.5. The thin film of claim 1, wherein said x is in the range 1.7-2.5. 6. Способ получения тонкой пленки, пригодный для болометрических вариантов применения, который включает стадии:6. A method for producing a thin film suitable for bolometric applications, which includes the steps: - обеспечения ванадиевой мишени,- providing a vanadium target, - осаждения на ванадиевую мишень одного из оксидов переходных металлов, которые представляют собой WO3, Nb2O5, TiO2, HfO.- deposition on a vanadium target of one of the transition metal oxides, which are WO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , HfO. 7. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где указанное осаждение выполняют посредством применения способов распыления под воздействием постоянного тока, импульсного постоянного тока или способов высокочастотного распыления.7. The method for producing a thin film according to claim 6, wherein said deposition is performed by applying DC sputtering, DC pulsed or RF sputtering methods. 8. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где давление осаждения находится в диапазоне 1-5 мторр.8. The method of producing a thin film according to claim 6, wherein the deposition pressure is in the range of 1-5 mtorr. 9. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где указанное осаждение проводят в атмосфере, состоящей на 1-30% из реактивного газа.9. The method for producing a thin film according to claim 6, wherein said deposition is carried out in an atmosphere consisting of 1-30% of reactive gas. 10. Способ получения тонкой пленки по п. 9, где указанный реактивный газ представляет собой O2.10. The method of producing a thin film according to claim 9, wherein said reactive gas is O 2 . 11. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где толщина осаждения тонкой пленки находится в диапазоне 50-300 нм.11. The method for producing a thin film according to claim 6, wherein the deposition thickness of the thin film is in the range of 50-300 nm.
RU2020115271A 2018-05-17 2018-05-17 Active material based on v(mo)ox with vanadium target doped with transition metal oxide, for use in microbolometer and method for production thereof RU2740633C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/TR2018/050242 WO2019221677A1 (en) 2018-05-17 2018-05-17 V(mo)ox active material with a transition metal oxide doped vanadium target for microbolometer applications and a method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740633C1 true RU2740633C1 (en) 2021-01-18

Family

ID=64316962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020115271A RU2740633C1 (en) 2018-05-17 2018-05-17 Active material based on v(mo)ox with vanadium target doped with transition metal oxide, for use in microbolometer and method for production thereof

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3688428A1 (en)
JP (1) JP2021505756A (en)
IL (1) IL274827B (en)
RU (1) RU2740633C1 (en)
WO (1) WO2019221677A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6322670B2 (en) * 1996-12-31 2001-11-27 Honeywell International Inc. Flexible high performance microbolometer detector material fabricated via controlled ion beam sputter deposition process
US6489613B1 (en) * 1998-09-01 2002-12-03 Nec Corporation Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002118004A (en) * 2000-10-11 2002-04-19 Sharp Corp Temperature-sensitive resistance film, its manufacturing method, and infrared sensor using the same
KR100596196B1 (en) * 2004-01-29 2006-07-03 한국과학기술연구원 Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6322670B2 (en) * 1996-12-31 2001-11-27 Honeywell International Inc. Flexible high performance microbolometer detector material fabricated via controlled ion beam sputter deposition process
US6489613B1 (en) * 1998-09-01 2002-12-03 Nec Corporation Oxide thin film for bolometer and infrared detector using the oxide thin film

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Adem Ozcelik "Vanadium-transition metal oxide alloy thin films for microbolometer applications", A Thesis in Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University, The Graduate School, Department of Materials Science and Engineering, 2011 г. стр. 1-97. *
Adem Ozcelik "Vanadium-transition metal oxide alloy thin films for microbolometer applications", A Thesis in Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University, The Graduate School, Department of Materials Science and Engineering, 2011 г. стр. 1-97. Yong-Hee Han и др. "Fabrication and characterization of bolometric oxide thin film based on vanadium-tungsten alloy", SENSORS AND ACTUATORS A, т. 123-124, 2005 г., стр. 660-664. *
Yong-Hee Han и др. "Fabrication and characterization of bolometric oxide thin film based on vanadium-tungsten alloy", SENSORS AND ACTUATORS A, т. 123-124, 2005 г., стр. 660-664. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019221677A1 (en) 2019-11-21
IL274827B (en) 2022-04-01
IL274827A (en) 2020-07-30
EP3688428A1 (en) 2020-08-05
JP2021505756A (en) 2021-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Soltani et al. Effects of Ti–W codoping on the optical and electrical switching of vanadium dioxide thin films grown by a reactive pulsed laser deposition
Huang et al. Tungsten-doped vanadium dioxide thin films on borosilicate glass for smart window application
EP1560008B1 (en) A method for fabricating an amorphous vanadium tungsten oxide thin film
CN106435472B (en) A kind of preparation method of Golden Triangle nano-grain array and the compound nested structure of vanadium dioxide film
CN107686973B (en) A kind of titanium ruthenium is co-doped with vanadium dioxide thermosensitive material film and preparation method thereof
RU2740633C1 (en) Active material based on v(mo)ox with vanadium target doped with transition metal oxide, for use in microbolometer and method for production thereof
Lee et al. Investigated performance of uncooled tantalum-doped VOx floating-type microbolometers
Lee et al. Effect of thermal annealing on the optical properties and residual stress of TiO 2 films produced by ion-assisted deposition
JP2000137251A (en) Thermochromic body and its production
JPH10318842A (en) Thin-film temperature sensitive resistance material, and its manufacturing method
Shakoury et al. Optimization of Ta 2 O 5 optical thin film deposited by radio frequency magnetron sputtering
CN109913829A (en) A kind of thermosensitive film of non-refrigerated infrared detector and preparation method thereof
CN104178738A (en) Method for preparing titanium-doped vanadium oxide film with no phase transformation and high resistance temperature coefficient
Schönberger et al. Deposition of rutile TiO2 films by pulsed and high power pulsed magnetron sputtering
Campos-Gonzalez et al. Characterization of MoO3 thin films deposited by laser ablation
JP2005076105A (en) Method for forming titanium oxynitride film
Liljeholm et al. Reactive sputtering of SiO2–TiO2 thin film from composite Six/TiO2 targets
Boileau et al. Thermochromic effect at room temperature of Sm0. 5Ca0. 5MnO3 thin films
Noh et al. The composition and structure of TiNi thin film formed by electron beam evaporation
JP2002118004A (en) Temperature-sensitive resistance film, its manufacturing method, and infrared sensor using the same
KR101078208B1 (en) Nickel oxide film for bolometer use and method thereof, infrared detector using nickel oxide film
Kadivar et al. Effect of Pre-annealing Treatment of Coating Material on MgF2 Thin Films Prepared by Thermal Evaporation Method
JP5682324B2 (en) Thermochromic body and method for producing thermochromic body
JP6216222B2 (en) Oxide film forming method, bolometer element manufacturing method
US20170233858A9 (en) Dark surface finishes on titanium alloys