一種顆粒及短棒狀氧化釩薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種顆粒及短棒狀氧化釩薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]氧化釩作為一種金屬氧化物半導體材料，由其制備形成的薄膜由于具有不同的價態及結構，引起了研宄者的廣泛興趣。研宄發現，氧化釩薄膜在氧化還原反應中可作為催化劑，尤其是對碳氫化合物、硫氧化物、氮氧化物具有很大的催化作用，因此，可將氧化釩薄膜做成氣敏傳感器元件，對一定的氣體，如乙醇、二氧化氮、甲烷等，進行探測。
[0003]作為氣敏傳感器而言，靈敏度、響應/恢復時間和工作溫度是評判一個氣敏元件的三個重要因素。高靈敏度說明氣敏元件對于所測氣體的敏感度高；快的響應/恢復時間代表了氣敏元件可以快速的對所測氣體做出反應，響應完成后并可以很快的恢復原狀態；工作溫度決定了氣敏元件對于工作環境的要求。一般而言，作為氣敏元件的金屬氧化物半導體，其工作溫度高于室溫。因此，低的工作溫度使得氣敏元件更好的應用于實際生活中。其中靈敏度作為一個評判氣敏元件對所測氣體敏感程度的物理量，它的提升對于氣敏傳感器而言是非常重要的。目前，國內外研宄者主要通過摻雜、制備復合結構、優化微觀形貌等一系列方法來提高半導體金屬氧化物薄膜對于所測氣體的靈敏度。其中優化薄膜的微觀形貌對于提高薄膜的靈敏度而言具有現實的意義。在氣敏反應中，所測氣體與氣敏元件的接觸面積影響了靈敏度。氣體與氣敏元件的接觸面積越充分，則反應越徹底，靈敏度越高。因此，優化薄膜的微觀形貌，提高薄膜與氣體的接觸面積對于氣敏傳感器而言是非常重要的。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種顆粒及短棒狀氧化釩薄膜的制備方法，克服現有技術中氣敏傳感器的靈敏度不高的問題。
[0005]本發明的技術方案是:
[0006]一種顆粒及短棒狀氧化釩薄膜的制備方法，具有以下步驟:
[0007](I)清洗陶瓷片(三氧化二鋁)基底:
[0008]所用的陶瓷片基底的尺寸為1mmX 25mmX0.635mm。將陶瓷片基底依次放入丙酮溶劑、無水乙醇中超聲振蕩15-20min，除去表面有機物雜質。隨后將陶瓷片基底放入去離子水中清洗，沖洗完成后放入無水乙醇中，從中取出烘干備用。
[0009](2)磁控濺射在陶瓷片基底上制備Pt的叉指電極:
[0010]采用JCP-200高真空磁控濺射鍍膜機在陶瓷片基底上鍍Pt的叉指電極。濺射靶材為純度99.999%的金屬Pt靶。將步驟(I)中清洗好的陶瓷片基底加上叉指電極的掩膜固定好，并放入真空室內。利用機械泵和分子泵抽真空，當高真空表顯示為0.0E-5時，向真空室內通入質量純度為99.999%的氬氣，氬氣流速為20-30sccm，調整濺射功率為90-110W，將基底的轉速調為一半左右進行濺射。濺射時間為2-3min，濺射時的基底溫度為室溫。[0011 ] (3)磁控濺射制備金屬釩的薄膜:
[0012]采用DPS-1II型超高真空直流對靶磁控濺射儀在鍍有Pt叉指電極的陶瓷片基底上沉積純的金屬釩膜。沉積靶材選用純度為99.999%的金屬釩靶。首先需要抽真空，即利用機械泵和分子泵抽本體真空至(3.0-4.0)X10_4Pa。當腔體內達到所需要的真空度之后進氣。以質量純度為99.999%的氬氣作為工作氣體，控制氬氣流速為45-50SCCm，調整濺射的工作壓強為1.0-2.0pa0最后進行濺射，濺射過程中的功率為70-90W，濺射時間為20_40min，調整濺射時的基底溫度為室溫到500°C。
[0013](4)磁控濺射在純的金屬V膜上噴銅:
[0014]采用DPS-1II型超高真空直流對靶磁控濺射儀在金屬V膜上鍍銅。沉積靶材為金屬銅。首先利用機械泵和分子泵抽本體真空至(3.0-4.0)X10_4Pa。抽真空完成后，將質量純度為99.999 %的氬氣通入真空室內，控制氬氣流速為40-50SCCm，調整濺射的工作壓強為1.0-2.0pa?將以上參數調整好后進行濺射，濺射過程中的功率為70-90W，濺射時間為O-1Os，濺射時的基底溫度為室溫。
[0015](5)快速退火制備氧化釩薄膜
[0016]將步驟(4)制得的薄膜放入快速退火爐中進行退火，目的是將釩膜氧化為氧化釩薄膜。退火過程中通入純度大于99.999%的氧氣。退火過程中設置的參數如下:退火溫度為450-500°C，升溫時間為8-12s，保溫時間為200_300s，降溫時間為80_100s。升溫和保溫時的氧氣流速為3-8slpm，降溫時的氧氣流速為lOslpm。
[0017]與已有技術相比，本發明的有益效果為:
[0018]I)制備的氧化釩薄膜顆粒尺寸在納米級別。制備工藝簡單，參數較少且可控性高，大大縮短制備時間，提高了重復性。
[0019]2)提供了一種快速制備顆粒及短棒狀氧化釩薄膜的方法。通過調整濺射金屬V時的基底溫度及在純的金屬V膜上進行噴銅的操作，使得薄膜的微觀形貌發生了很大的改變，由片狀和層狀變為了顆粒和短棒狀，提高了薄膜的表面積，對于氣敏傳感器靈敏度提高具有重要意義。
[0020]本發明方法可快速制備顆粒及短棒狀氧化釩薄膜，可嚴格控制工藝參數，提高工藝重復性及氧化釩薄膜的表面積。使得氧化釩薄膜在氣敏傳感器的靈敏度提高方面具有很大的潛力，可以更好的應用于實際。
【附圖說明】
[0021]圖1 (a)是實施例1中純金屬V的掃描電子顯微鏡圖形；
[0022]圖1 (b)是對比例I中純金屬V的掃描電子顯微鏡圖形；
[0023]圖2(a)是實施例1中氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡圖形；
[0024]圖2(b)是實施例2中氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡圖形；
[0025]圖2(C)是實施例3中氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡圖形；
[0026]圖2 (d)是對比例I中氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡圖形；
[0027]圖2(e)是對比例2中氧化釩薄膜的掃描電子顯微鏡圖形。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明做詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]I)清洗陶瓷片基底:
[0031]將尺寸為10mmX25mmX0.635mm的陶瓷片基底依次放入丙酮溶劑、無水乙醇中超聲振蕩15min。隨后將其放入去離子水中清洗，沖洗完成后放入無水乙醇中，從中取出烘干備用O
[0032]2)磁控濺射在陶瓷片基底上制備Pt的叉指電極:
[0033]采用小型的磁控濺射儀在陶瓷片基底上鍍Pt的叉指電極。將步驟⑴中清洗好的陶瓷片基底加上叉指電極的掩膜固定好，并放入真空室內。利用機械泵和分子泵抽真空，當高真空表顯示為0.0E-5時，向真空室內通入質量純度為99.999%的氬氣，氬氣流速為24SCCm，調整濺射功率為100W，將基底的轉速調為一半進行濺射。濺射時間為2min，濺射時的基底溫度為室溫。
[0034]3)磁控濺射制備金屬釩的薄膜:
[0035]采用DPS-1II型超高真空直流對靶磁控濺射儀在鍍有Pt叉指電極的陶瓷片基底上沉積純的金屬釩膜。沉積靶材選用純度為99.999%的金屬釩靶。首先需要抽真空，即利用機械泵和分子泵抽本體真空至4.0X10_4Pa。當腔體內達到所需要的真空度之后進氣。以質量純度為99.999%的氬氣作為工作氣體，控制氬氣流速為4