一种柔性基片衬底的异质结构器件的制作方法

本发明属于大功率电子器件的技术领域，特别涉及一种柔性基片衬底的异质结构器件。

背景技术：

二氧化钒(VO2)在341K的临界温度(Tc)下发生温度驱动的可逆半导体到金属(SMT)一级转变，并伴随着晶体对称性的改变。在低于Tc的温度下，VO2处于单斜晶相(P21/c)的半导体态，其中V原子对的能量间隙为0.6eV。在高于Tc的温度下，VO2处于四方晶系(P42/mnm)金属态，其中在费米能级和V3d带之间的重叠消除了上述带隙。这种晶体对称性和电子带结构的跃迁通常伴随着其电阻率和近红外传输的突然变化。因此，VO2长期以来被认为是智能材料中的关键材料，凭借这些独特的性能，VO2薄膜已被广泛研究。众所周知，衬底的选择对所生长的薄膜的电学和光学性质有重要的影响。由于其宽带隙(4.49eV)和一些其他优异的性能，氧化镓(Ga2O3)可能是自硅后，新一代重要的半导体材料。特别地，由于其具有更高的可靠性，更长的寿命和更低的功率消耗的优点，目前基于氮化镓的光电子和微电子器件已经步入了新型应用领域。因此，VO2/Ga2O3组合的异质结构可能为固态电子学和光子电子学中的新颖器件结构开辟新的机会。此外，具有开关特性的氧化物半导体的集成也对新兴的基于光子腔的器件和有源材料表现出巨大的潜力。然而，传统的器件结构均采用蓝宝石或者Si基片作为衬底，其衬底不具备柔性性能，造成现有技术中的大功率器件柔性差，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。

技术实现要素：

为了解决现在技术上的不足，本发明提供一种柔性基片衬底的异质结构薄膜，有效解决大功率器件柔性差，开关速度低，驱动功率大问题，同时提高了薄膜器件的使用寿命。

一种柔性基片衬底的异质结构器件，从下到上依次包括聚酰亚胺柔性衬底层、第一导电薄膜层、Ga2O3材料层、VO2材料层、第二导电薄膜层及抗腐蚀保护层。

优选地，所述第一导电薄膜层和第二导电薄膜层均为AZO透明导电薄膜层。

优选地，所述AZO透明导电薄膜层厚度为100nm至500nm。

优选地，所述抗腐蚀保护层为TiN抗腐蚀保护层。

优选地，所述TiN抗腐蚀保护层的厚度为200nm至800nm。

优选地，所述Ga2O3材料层的厚度为400-600nm。

优选地，所述VO2材料层的厚度为600-900nm。

优选地，所述聚酰亚胺柔性衬底层的厚度为0.4～1.2mm。

本发明的有益效果：

1.本发明采用聚酰亚胺(PI)材料作为衬底基片，可以制备出高质量廉价的器件。采用Ga2O2作为缓冲层，一方面可以缓解聚酰亚胺(PI)与VO2材料晶格失配大的难题，可以制备出高质量的VO2材料，另一方面Ga2O3作为缓冲层价格廉价，对环境友好，且耐温性能优异，与VO2其晶格适配率低，采用Ga2O2作为其柔性基片与VO2材料的缓冲层，可以制备出高质量的VO2晶体材料。

2.本发明采用AZO透明导电薄膜作为器件的导电电极，一方面AZO透明导电薄膜具有随沉积过程中氧分压变化的可控电阻率；另一方面AZO透明导电薄膜作为非晶透明导电氧化物具有导电性能大幅度提高、电阻率可降低、易于大面积成膜，AZO透明导电薄膜还具有较高的沉积速率、低的衬底温度并且与柔性基片之间具有良好的衬底粘附性，因此，AZO透明导电薄膜即可以作为透明导电电极使用，也可以减少薄膜之间的晶格失配。

3.本发明最后蒸镀TiN材料层，一方面TiN材料硬度大，耐腐蚀，有效解决了器件的腐蚀问题，对器件具有保护作用，进一步提高了器件的使用寿命；另一方面TiN薄膜与AZO透明导电薄膜的融合度高，增强本发明异质结构的稳定性。本发明制备工艺简单，可实现规模生产。

4.本发明可以利用VO2温度驱动的可逆半导体到金属(SMT)一级转变的特性，在大功率光电开关，大功率廉价的光存储器件等方面有着广阔的应用，解决了器件功率低价格昂贵的问题。

附图说明

图1本发明的截面示意图。

图中：1.聚酰亚胺柔性衬底层，2.第一导电薄膜，3.Ga2O3材料层，4.VO2材料层，5.第二导电薄膜，6.抗腐蚀保护层。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明中XPS使用的是Thermo Scientific ESCALAB 250XiX射线光电子能谱仪，该设备使用的是Aka 1486.8eV射线源，可以达到3x10-8Pa的真空腔室。

实施例1：本发明柔性基片衬底的异质结构薄膜，从下到上依次包括聚酰亚胺柔性衬底层1、第一导电薄膜层2、Ga2O3材料层3、VO2材料层4、第二导电薄膜层5及抗腐蚀保护层6。

所述第一导电薄膜2和第二导电薄膜5均为AZO透明导电薄膜，厚度为300nm。所述抗腐蚀保护层6为TiN抗腐蚀保护层，厚度为500nm。所述聚酰亚胺柔性衬底层1的厚度为0.5mm。

实施例2：与实施例1不同的是：本例所述第一导电薄膜层2的厚度为100nm；第二导电薄膜层5的厚度为100nm；所述抗腐蚀保护层6的厚度为200nm；所述聚酰亚胺柔性衬底层1的厚度为0.4mm。

实施例3：与实施例1不同的是：本例所述第一导电薄膜层2的厚度为500nm；第二导电薄膜层5的厚度为200nm；所述抗腐蚀保护层6的厚度为800nm；所述聚酰亚胺柔性衬底层1的厚度为1.2mm。

实施例4：与实施例1不同的是：本例所述第一导电薄膜层2的厚度为200nm；第二导电薄膜层5的厚度为100nm；所述抗腐蚀保护层6的厚度为600nm；所述聚酰亚胺柔性衬底层1的厚度为1.0mm。

实施例5：与实施例1不同的是：本例所述第一导电薄膜层2的厚度为400nm；第二导电薄膜层5的厚度为500nm；所述抗腐蚀保护层6的厚度为700nm；所述聚酰亚胺柔性衬底层1的厚度为0.8mm。

实施例6：与实施例1不同的是：本例所述第一导电薄膜层2的厚度为350nm；第二导电薄膜层5的厚度为400nm；所述抗腐蚀保护层6的厚度为300nm；所述聚酰亚胺柔性衬底层1的厚度为0.6mm。