一种二氧化钒薄膜及其制备方法与流程

本发明属于薄膜制备，尤其涉及一种二氧化钒薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、氧化钒(vo2)是一种具有绝缘体—金属相变(mit)性能的特殊材料，在热能、激光、电场以及应力驱动下，vo2的晶格结构将发生由单斜金红石结构到四方金红石结构的可逆变化，同时其光学、磁学、电学性能等也会发生剧烈变化，近年来国内外的研究热点主要在于制备二氧化钒薄膜，并应用于存储器件、太赫兹器件与新型半导体开关电路等。

2、现有技术中，通常采用脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法及磁控溅射法制备二氧化钒薄膜。脉冲激光沉积法制备的薄膜质量高、相变性能较好，但是沉积中喷射出来的颗粒容易降低薄膜质量，且尚未有实验证明大面积沉积的可能性。溶胶-凝胶法设备简单、成本低，但薄膜附着性较差，时间周期过长，并且难以大面积制备。磁控溅射法制备二氧化钒薄膜时，主要采用在氩气/氧气混合气氛下溅射金属钒靶的反应磁控溅射法，且二氧化钒薄膜的成膜条件范围较窄（尤其是氧分压），有利于薄膜结构及性能的精准控制，然而该方法制备的二氧化钒薄膜，其热致相变简单易，但响应时间相对较长，而光致及电致相变响应快，但实现相变的条件要求较高，且调制幅度较小。现有技术中，中国专利《一种增强二氧化钒薄膜相变性能的方法》（申请公布号cn105603382a），公布了通过将直流磁控溅射法制备的二氧化钒薄膜放入等离子体中进行辐照，来增强二氧化钒薄膜的相变性能，然而该方法增加了工艺流程，成本高、生产效率极低，且二氧化钒薄膜相变前后方阻变化不足3个数量级的变化。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的至少一个技术问题，提供一种二氧化钒薄膜及其制备方法，制备过程简单高效，且二氧化钒薄膜性能优异。为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种二氧化钒薄膜的制备方法，

3、所述二氧化钒薄膜为在晶圆上依次交替溅射具有不同氧化态的氧化钒层后得到，所述氧化钒层包括氧化钒富氧层和氧化钒缺氧层；

4、其中，所述氧化钒富氧层的通式为vox，x大于2；

5、所述氧化钒缺氧层的通式为voy，y大于或等于0、且小于2。

6、进一步地，所述氧化钒富氧层的溅射时间大于或等于所述氧化钒缺氧层的溅射时间，和/或，溅射所述氧化钒富氧层时氧气流量大于溅射所述氧化钒缺氧层时的氧气流量。

7、进一步地，溅射任一层所述氧化钒层时包括：

8、将晶圆片传输至直流磁控溅射真空腔体中，设置反应腔室的真空度小于6.65×10-6pa、晶圆温度为390～450℃、溅射功率为650～750w，同时向反应腔室中通入流量为20～30sccm的惰性气体和流量为4～8sccm的氧气，反应腔体的气压为0.25～0.45pa，溅射时间为300～600s，得到所述氧化钒层。

9、进一步地，包括以下步骤：

10、步骤s1，预溅射：选用靶材，调整所述靶材与晶圆之间的距离，预溅射靶材8～12min；

11、步骤s2，溅射氧化钒富氧层：将晶圆片传输至直流磁控溅射真空腔体中，设置晶圆温度为390～450℃，腔体真空度小于6.65×10-6pa、溅射功率为650～750w，向反应腔室中通入流量为20～30sccm的惰性气体和流量为7～8sccm的氧气，反应腔体的气压为0.3～0.45pa，溅射300～600s后，得到所述氧化钒富氧层；

12、步骤s3，溅射氧化钒缺氧层：在步骤2中制得的所述氧化钒富氧层上，继续通入流量为20～30sccm的惰性气体和流量为4～5sccm的氧气，反应腔体的气压为0.25～0.4pa，溅射300～600s后，得到所述氧化钒缺氧层；

13、步骤s4：溅射氧化钒富氧层：在步骤s3中制得的所述氧化钒缺氧层上，继续通入流量为20～30sccm的惰性气体和流量为7～8sccm的氧气，反应腔体的气压为0.3～0.45pa，溅射300～600s后，得到所述氧化钒富氧层；

14、步骤s5，冷却：待晶圆片冷却至室温后取出，得到所述二氧化钒薄膜。

15、进一步地，所述靶材选用金属钒和/或氧化钒。

16、进一步地，所述靶材的直径为300～302mm，所述靶材与晶圆之间的距离为100～150mm。

17、进一步地，所述晶圆选用硅、氮化硅、二氧化硅、金属单质、二氧化钛、三氧化二铝、蓝宝石、石英玻璃中的至少一种。

18、进一步地，所述惰性气体包括氩气。

19、第二方面，本发明实施例还提供了上述的二氧化钒薄膜的制备方法所制得的二氧化钒薄膜。

20、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

21、本发明实施例采用直流磁控溅射法，通过精准控制溅射时氧气的流量和溅射时间、依次溅射具有不同氧化态的氧化钒层，冷却后得到二氧化钒薄膜，且二氧化钒薄膜相变前后薄膜方阻的变化达到5个数量级。

技术特征：

1.一种二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，

2.如权利要求1所述的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，

3.如权利要求1所述的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，

6.如权利要求4所述的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，

7.如权利要求4所述的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，

8.如权利要求4所述的二氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，

9.权利要求1-8任一项所述的二氧化钒薄膜的制备方法所制得的二氧化钒薄膜。

技术总结
本发明提供一种二氧化钒薄膜及其制备方法，所述二氧化钒薄膜为在晶圆上依次交替溅射具有不同氧化态的氧化钒层后得到，所述氧化钒层包括氧化钒富氧层和氧化钒缺氧层；其中，所述氧化钒富氧层的通式为VOx，x大于2；所述氧化钒缺氧层的通式为VOy，y大于或等于0、且小于2。本发明实施例采用直流磁控溅射法，通过精准控制溅射时氧气的流量和溅射时间、依次溅射具有不同氧化态的氧化钒层，冷却后得到二氧化钒薄膜，且二氧化钒薄膜相变前后薄膜方阻的变化达到5个数量级。

技术研发人员：张陈斌,史鹏,蔡浩杰,万燕清
受保护的技术使用者：无锡尚积半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16