本发明专利技术公开了一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：①清洗衬底，吹干后备用；②利用化学气相沉积系统、弧光放电系统、激光烧蚀沉积系统反应器当中的一种，通过金属催化剂诱导，在清洁衬底的表面直接反应生长网状、或交错互联的碳纳米管膜；③把生长有碳纳米管膜的衬底放入抽为真空的反应器中，利用反应器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与管的间隙当中，退火，形成氧化钒－碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；⑤根据需要，依次重复碳纳米管生长、氧化钒沉积和退火步骤，形成氧化钒－碳纳米管多层复合膜结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非制冷红外探测、及非制冷太赫兹探测
，具体涉及一种微测 辐射热计的热敏电阻材料及光吸收材料、以及其制备方法。
技术介绍
红外探测器把不可见的红外热辐射转化为可检测的电信号，实现对外界事务的观 察。红外探测器分为量子探测器和热探测器两类。热探测器又称非制冷型红外探测器，可 以在室温下工作，具有稳定性好、集成度高、和价格低等优点，在军事、商业和民用等领域有 广泛的应用前景。非制冷红外探测器主要包括热释电、热电偶、热敏电阻等三种类型，其中， 基于热敏电阻的微测辐射热计焦平面探测器，是近年发展非常迅猛的一种非制冷红外探测( # B Leonard P. Chen, Advanced FPAs for Multiple ApplicationsProc. SPIE, 4721,1-15(2002)文献)。太赫兹探测器是把波长更长的太赫兹波段的电磁波辐射转化为 可检测的电信号，实现对外界事务的观察。太赫兹也有多种型号的探测器，其中，非制冷太 赫兹微测辐射热计具有与非制冷红外微测辐射热计类似的结构，可以通过对后者的改进来 获取。微测辐射热计的红外、或太赫兹辐射探测过程，主要通过悬浮的微桥结构来完成，所 以，悬浮微桥是影响器件制造成败及性能高低的关键性因素。微测辐射热计对构造其悬浮 微桥的薄膜材料，尤其是核心的热敏电阻材料，有特殊的要求，体现在相关材料应具有合 适的电学、光学、及力学性能等。有多种材料可以用作红外探测器、或太赫兹探测器微测辐射热计的热敏电阻材 料。其中，氧化钒薄膜具有非常优良的电学及光学性能，而且，材料制备的集成度高，是最 常用的高性能非制冷红外探测器、或非制冷太赫兹探测器的热敏电阻材料。1994年2月 15日授权的Honeywll公司的Barrett Ε. Cole等人申报的美国专利USP 5286976，以及文 献 H. Jerominek, F. Picard,et al. , Micromachined, uncooled, VO2-based, IR bolometer arrays, Proc. SPIE, 2746,60-71 (1996)，分别描述了基于氧化钒热敏电阻膜的红外探测器 结构。然而，由于钒原子的电子结构为3d34s2，其中的4s及3d轨道皆可失去部分或全部电 子，所以，传统的氧化钒薄膜的制备方法，例如磁控溅射、电子束蒸发、激光脉冲沉积等，含 有其本身无法克服的缺点即所制备的氧化钒薄膜中V元素的价态复杂、薄膜化学结构的 稳定性差等。例如，采用磁控溅射制备氧化钒薄膜时，其中的V元素一般包括0、+2、+3、+4、 +5 等多禾中价态(参见 Xiaomei Wang, Xiangdong Xu, et al. ,Controlling the growth of VOx films for various optoelectronic applications，，,Proceedings of the 2009 16th IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, IPFA，p572_576 (2009)文献)。由于V元素的组成复杂，制备工艺的微小变化都 会对氧化钒薄膜的化学组成产生较大的影响，从而使薄膜的电学、光学等性能发生明显变 化，进而影响到器件的性能。所以，基于氧化钒薄膜的微测辐射热计的一个主要缺点是氧 化钒薄膜的制备工艺难度大，产品的重复性和稳定性差。1994年2月22日授权的David A. Jackson等人申报的美国专利USP5288380,以及2005年8月4日授权的Sung Mooon等人申报的美国专利USP7250604，分别描述了一种 共溅射的方法，用以改进氧化钒薄膜的物理性能。这种方法把事先混有一些金属杂质(如 Ni、Fe、Cr、Mn、W等)的氧化钒材料作为溅射靶材，在一定条件下，溅射这种混合物靶材，使 之形成气态组分、然后沉积成膜；或者，采用两个溅射源分别溅射金属及氧化钒两个不同的 靶源，制备含有一定金属杂质的氧化钒(VMxOy，M为金属杂质)薄膜，以此控制氧化钒薄膜的 电阻值、电阻温度系数、相变温度等电学性能，满足红外探测器的需要。共溅射掺杂金属的 缺点是金属杂质与氧化钒的溅射速率难以保持一致，所以，该方法制备的薄膜中氧化钒与 金属的比例往往与靶材并不相同，而且，该比例还可能随着溅射工艺的波动而剧烈变化。所 以，共溅射的方法难以获取具有固定计量比、性能稳定的VMxOy薄膜。此外，共溅射所需的设 备投资大、工艺技术复杂。溶胶凝胶(Sol-gel)法是另外一种制备氧化钒薄膜的方法，文献V. N Ovsyuk, et al. , Uncooled microbolometer IR FPA based on sol-gel VOx，，，Proc. SPIE, 5834, 47-54(2005)，就描述了利用溶胶凝胶法制备用于红外探测器的氧化钒热敏薄膜。溶胶凝胶 方法的优点是设备简单，而且，能够获取价态比较集中的氧化钒薄膜、有利于材料性能的有 效控制。但是，如果没有其它杂质的调节，那么，常规溶胶凝胶法所获取的氧化钒薄膜的电 阻值较大，而且，工作温度下还会有相变现象，不利于应用在红外探测器、或太赫兹探测器 当中。2007年6月13日授权的黄维刚等人申报的中国专利200510020789. 8，描述了一种 采用无机溶胶凝胶的方法对氧化钒进行金属掺杂、以改进相关氧化钒薄膜的性能。该方法 首先把V2O5与MoO3相混合，常压下加热到900°C左右，形成熔融物；然后，把熔融物快速倒入 水中，加入草酸、NH4F形成无机溶胶。最后，在350-500°C下退火处理，得到掺有Mo、或W元 素、并包含F元素的氧化钒材料。这种无机溶胶凝胶方法的缺点是(1)溶胶制备的温度过 高，影响器件集成；⑵产物中包含大量的非金属F杂质，影响材料性能；(3)所获得的氧化 钒的光吸收率较低，不利于红外光的吸收探测。这些不足使无机溶胶凝胶法难以直接应用 在红外探测器氧化钒热敏薄膜的制造当中。2002年12月3日授权的NEC公司Toru Mori等人申报的美国专利USP6489613，则 描述了另外一种改进红外探测用氧化钒薄膜性能的溶胶凝胶方法。该专利技术利用有机溶胶凝 胶技术，采用钒醇盐(VO(OR)3)作为反应原料，在溶胶状态下往氧化钒中掺入一定量的Cr、 Al、Fe、Mn、Nb、Ta、Ti等金属杂质，经退火处理、形成金属掺杂的氧化钒薄膜，通过掺杂金属 量的控制使氧化钒的电阻值、电阻温度系数(TCR)等电学性能符合红外探测器的要求。采 用有机溶胶凝胶方法，能够获取价态比较集中的氧化钒薄膜，有利于对薄膜的电阻值、相变 温度、TCR等参数进行有效控制，使之满足红外探测器的要求。重要的是，有机溶胶凝胶法 的反应温度较低(< 200°C)，有利于降低对器件集成的负面影响。遗憾的是，常规有机溶 胶凝胶法含有一些与无机溶胶凝胶法相同的缺点，包括(1)有机、或无机溶胶凝胶法进行 金属掺杂时，金属杂质在氧化钒薄膜中的稳定性差，容易发生杂质扩散、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：①清洗衬底，吹干后备用；②利用反应器，通过金属催化剂诱导，在清洁衬底的表面直接反应生长成网状、或交错互联的碳纳米管膜；③把步骤②得到的生长有碳纳米管膜的衬底放入抽为真空的反应器中，利用反应器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与管的间隙当中，退火，形成氧化钒－碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；⑤根据需要，依次重复碳纳米管生长、氧化钒沉积、和退火步骤，形成氧化钒－碳纳米管多层复合膜结构。
【技术特征摘要】
一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗衬底，吹干后备用；②利用反应器，通过金属催化剂诱导，在清洁衬底的表面直接反应生长成网状、或交错互联的碳纳米管膜；③把步骤②得到的生长有碳纳米管膜的衬底放入抽为真空的反应器中，利用反应器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与管的间隙当中，退火，形成氧化钒 碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；⑤根据需要，依次重复碳纳米管生长、氧化钒沉积、和退火步骤，形成氧化钒 碳纳米管多层复合膜结构。2.根据权利要求1所述的用于红外探测器的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，在 步骤②中，生长复合膜中一维碳纳米管的反应器为化学气相沉积系统、弧光放电系统、激光 烧蚀沉积系统当中的一种。3.根据权利要求1所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于， 在步骤②中，当采用化学气相沉积系统作为反应生长复合膜中一维碳纳米管的反应器时， 采用甲烷、乙烯、乙炔、苯有机物当中的一种或几种有机混合物作为反应气体，所述金属催 化剂采用Fe、C0、Ni、Au、Pt、M0金属当中的一种或几种金属混合物，诱导碳纳米管直接生长 在衬底的表面，碳纳米管的生长温度为300 1100°C。4.根据权利要求1所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于， 步骤②中所获得的碳纳米管横卧在衬底的表面、呈网状或交错互联结构，碳纳米管为单壁 或多壁碳纳米管，碳纳米管的直径为1 50nm，碳纳米管的长度为50 30000nm。5...
【专利技术属性】
技术研发人员：许向东，蒋亚东，杨书兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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