射频磁控溅射功率对氧化钒薄膜相变特性的影响

Ｃ ｉｅｅ ａ ｅ ｆ ｃ ｎ ｅ ， Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ ｈｎ ） ｈｎ ｓ ｄ ｍｙ ｉ ｃｓ Ａｃ ｏＳ ｅ ｅ ｉ １０ ８ ，Ｃ ｉａ ｊｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｖａ ａ ｉ ｍ ｉ ｘ ｄ ｈ ｎ ｆｌ ｓ ｗｅ ｅ ｆ ｂ ｉａ ｅ ｙ ＲＦ ｍａ ｎ ｔｏ ｐ ｔ ｒｎ ｎ ｎ ｅ ｌ ｇ ｉ ｉ ｏ ｅ ． ｅ ｎ ｄ ｕ ｄ ｏ ｉ ｅ ｔ ｉ ｍ ｒ ａ ｒｃ ｔ ｄ ｂ ｇ ｅｒ ｎ ｓ ｕ ｔ ｉ ｇ ａ ｄ ａ ｎ ａ ｉ ｎ ｎ ｔ ｇ ｎ Ｔｈ ｉ ｅ ｎ ｒ
（．天津大学 电子信息工程学院 ，天津 ３ ０ ７ ； Ｉ ００ ２ ２ ．中国科学院半导体研究 所集 成光 电子学 国家重点实验室 ，北京 １ ０ ８ ； ０ ０ ３ ３ ．中国科学院半导体研究所半 导体集成技术］ 程研究中心 ，北 京 １０ ８ ） ＿ ０ ０ ３
摘
要：采用射频磁控溅射 方法，结合 氮气氛退 火处理 工艺制备二氧化钒薄膜 ，研 究溅射功率对氧化钒薄膜 电阻温
时 间为 １ ． ｈ
制 备 大 面 积 均 匀 薄 膜 的 常 用 磁 控 溅 射 薄 膜 制 备 方
法 Ｉ 工 业 应用 前 景 广 阔 ， 到 了人们 的普 遍关 注 ． Ｉ …， 受 已有 的研究 结果 表 明 ， 与氧 结合 可 以形 成 超过 １ 钒 ０ 种钒 的氧化 物相 ， 中常 见的有 Ｖ Ｏ３Ｖ Ｖ Ｏ ， 其 ２ 、Ｏ 和
Ｌ ＡＮ ． ｎ’ Ｉ Ｇ Ｊ ｒ ，ＨＵ Ｍｉｇ ，Ｌ Ａ ｉ－ｉ ，Ｋ ａ ｇ ，Ｃ Ｅ ａ ＨＥ ｎ —ａ ｉａ ｎ Ｉ ＮＧ Ｘ ｕｑｎ ＡＮ Ｑｉ Ｈ Ｎ Ｔ ｏ ，Ｃ Ｎ Ｈｏ ｇｄ ｎ
（． ｃ ｏ ｌ ｆ ｌｃ ｏ ｉ ａｄＩｆｒ ｔ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ ｉｎｉ Ｕ ｉｅｓｙ ｉ ｊ ０ ０ ２ ｈｎ ； １Ｓ ｈ ｏ ｏ ｅｔ ｎ ｏｍａｏ ｇｎ ｅｉ ，Ｔａｊ ｎｖｒｉ ，Ｔａ ｉ ３ ０ ７ ，Ｃ ｉ Ｅ ｒ ｃｎ ｎ ｉ Ｅ ｎ ｎ ｔ ｎｎ ａ
第４ ４卷
第 ｌ ０期
天
津
大
学
学
报
ＶＯ１ Ｎ Ｏ １ ． ４４ ．０ ０ｃ ． ０１ ｔ２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎ ｉ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｊ Ｕｎ ｖ ｒｉ Ｔ ｎ ｔ
射频磁控溅射功率对氧化钒 薄膜相变特性的影 响
梁 继 然 一，胡 明 ，梁 秀 琴 ，阚 强 ２ 陈 涛 ， 陈 弘达 ，
在快速 光 电开关 、 变存储 器 、 洲辐 射热 计 等领域 相 微 具 有广 阔的应用 前景 『 ．
空至 ２ ｌ Ｐ ， × ０ ａ 然后 向真空 室 内通入纯 度为 ９ ． ％ ９９ ９
的氧 气 和 ９ ． ％的氩 气作 为 反应 气 体 和工作 气 体 ， ９９ ９ 气体 流量通 过质量 流量计 分别单 独精 确控制 ， 在进行
２ ．Ｅｎｇｎｅ ｒｎｇ Ｒｅ ｅ ｒｈ ｎｔｒｆ ｍ ｉｏ ｉ ｅ ｉ ｓ ａ ｃ Ｃｅ ｅ ｏｒＳｅ ｃ ｎｄｕ ｔ ｒＩ ｔ ｇ ａｅ ｃ ｎｏｌ ｙ， Ｉ ｔｔ ｅｏｆＳｅ ｉｏ ｕｃｏｒ ｃ ｏ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄＴｅ ｈ ｏｇ ｎｓｉ ｍ ｃ ｎｄ ｔ ｓ， ｕｔ
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二氧化钒 （ Ｏ ） Ｖ ２薄膜具有半导体一 金属 相变 的特
性 ］相 变温度 为 ６ 之， ８℃ ， 变过程 中 ＶＯ 的 晶体 结 相 ２
收 稿 Ｅ 期 ２ ００ —２；修 回 日期 ： ２ ０ １—２ ｔ ０１・ ７０ ０１— １１
构 南低温单斜金红石结构变为高温四方金红石结构 ，
努 力 提 高 薄 膜 内 单 斜 金 红 石 结 构 ＶＯ ，所 占 的 比 例 ．氧分压 是影 响 氧化钒 薄膜 成分 的最 直接 因素 ， 研 究 人员 围绕 着 氧分压 对氧化 钒薄膜 组分 、 结构 和 电学
光 学 和 电学性 能 发生 快 速可 逆 突变 ， 使得 ＶＯ 薄膜
基金 项 目 国家高技术研究发展计划 （ ３计划） ８ ６ 资助项 目（０ ８ ２ ０ ＡＡ０ １０ ） ３４ １ ；天津市应用基础及 前沿技术研究重点资助项 目（８Ｃ Ｄ Ｃ ０ＪＺ Ｊ
】５ ０ ７ ０ ）；集 成 光 电子 学 国家重 点 实 验室 基 金 资助 项 目（０ Ｏ Ｆ Ｏ １ ２ １Ｋ Ｂ ０ ）；高等 学 校博 士 学科 点专 项科 研 基 金资 助项 目
进 行预溅 射 ， 以清洁 金属钒靶 表 面 ， 溅射 时 间约 １ Ｏ～ ２ ｉ； ０ｒ ｎ 氧化 钒 薄 膜 沉 积 过 程 中 ， 射 压 强 保 持 为 ａ 溅 ６ １ Ｐ ， ×０ ａ 氧分压 保持为 ２ 基底 温度 为室温 ， ％， 溅射 时间为 ２ ｎ 溅射 功率分 别选择 为 １０ 、６ 、 ０ ｍｉ， ５ １０ Ｗ Ｗ ｌ０ 成 膜后 ， ４０ｏ ８ ｗ． 在 ５ Ｃ氮气氛下 进行 热处理 ， 保持
反 应溅 射沉积 氧化钒 薄膜前 ， 向真空室 内 只通入 氩气
用于 制 备 ＶＯｚ 膜 的方 法有 很 多种 ， 薄 主要 包括
蒸 发 法 、 控 溅射 法 、 冲激 光 法 、 学 气相 沉 积法 磁 脉 化 和溶 胶 一 凝胶 法 等 ｌ Ｊ其 中射 频磁 控溅 射方 法是 一种 ６，
ｐ ｏｏ ｌ ｔ ｎｓｅｔ ｓｏ ｙＸＰ ） ｒ ｍｐｏ ｅ ｔｄ ｎ ｎ ｌ ｅｔｅｓ ｕ ｔｒ ｆ ｒｓ ｌｎ ｎｔ ａ ｄｔｅｐ ａｅ ｈ ｔｅｅ ｒ ｐ ｃｒ ｃ ｐ （ Ｓ ｗｅｅｅ ｌｙ ｄｔ ｓ ｙａ ｄａ ａｙ ｔ ｃ ｅｏ ｙ ｔ ｌ ｅｕ ｉ ｎ ｈ ｓ ｃｏ ｏ ｏ ｕ ｚ ｈ ｒ ｕ ｃ ａｉ ｓ ｈ
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３． ａ ｅＫｅ ｂｏ ａ ｏｙ ｎ Ｉ ｔ ｇ ａ ｅ Ｓｔｔ ｙ Ｌａ ｒ ｔ ｒ ｏ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄＯｐｔ ｅｅｃｒ ｎｉｓ， Ｉ ｓｉｕｔ ｍ ｉｏｎ ｃ ｏ ｓ， ｏ ｌ ｔｏ ｃ ｎ ｔｔ ｅｏｆＳｅ ｃ ｄｕ ｔ ｒ
各种 物相 的结 构 、 能差 别很 大 ， 性 并且 制 备条 件很 接 近 …Ｊ 通 常所 获得 的氧 化 钒 薄膜 为不 同 物相 的混 合 ， 态 ， 性 能 由薄 膜 内存 在 的各 个 物 相 的 特性 共 同 其 决定 ． 要想 获 得具有 相 变特性 的二氧化 钒 薄膜 ， 应该
ｅ ｆｃｓ ｆ ｐ ｔ ｒ ｇ ｐ ｗｅ ｎ ｒｓ ｔｎ ｅｔｍｐ ｒｔｒ ｒｐ ｒ ｒ ｖ ｓ ｇ ｔｄ Ｘ— ｙ ｄ ｆ ａ ｔ ｎ（ Ｄ） ｎ ｒｙ ｆ ｔ ｏ ｕ ｔ ｉ ｏ ｒ ｅ ｉ ａ ｃ — ｅ ｓ ｅｎ ｏ ｓ ｅ ｅａｕ ｅｐ ｏ ｅｔ ｗｅｅｉ ｅ ｔ ａｅ ． ｒ ｉ ｒｃｉ ＸＲ ａ ｄ Ｘ— ｙ ｎ ｉ ａ ｆ ｏ ａ
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幅度 随溅 射 功 率 的增 加 而逐 渐 下 降 ；在 溅射 功 率 为 １０ 时 ，获 得 了相 变 幅度 接 近 ３ 个数 量级 的 高性 能二 氧 化 钒 ５Ｗ
薄膜 ．
关键词 ：二氧化钒 ；溅射功率 ；相变 ；磁控溅射；薄膜
中 图分 类 号 ：０４４ ８ 文 献标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０ ９ —１ ７２ １） ００ ４ —５ ４ ３２ ３ （０ １ １—８ ７０
（０ ０ ０ ２ ２０ ９ ． ２ １ ０ ３ １ ０ ２ ） 作 者简介 梁 然 （ ９ ８ １７ Байду номын сангаас） ，男 ，博 七，讲帅． 通 讯作者 梁 继 然 ，ｌｒｎ ｏ ａｏ ．ｏ ． ｊ ａｂ ＠ｙｈ ｏｃ ｉ ｃ ｉ ｎｎ
・
８ ８・ ４
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泮
大
学
学
报
第４卷 ４
第 ｌ ０期
Ｅｆｅ ｔ ｆＳｐｕ ｔ ｒｎｇ Ｐｏ ｒｏ ｆ ｃｓｏ ｔｅ ｉ ｗｅ ｎ Ｐｈａ ｅＴｒ ｎｓｔｏ ｆＶａ ｄｉ ｘ ｄｅ ｓ ａ ｉｉ ｎ ｏ ｎａ ｕｍ Ｏ ｉ Ｔｈ ｎ Ｆｉｍ ｙ Ｒａ ｉ ｅ ｕｅ ｙＭ ａ ｎｅ ｒ ｎ Ｓｐｕ ｔ ｒｎｇ ｉ ｌ ｂ ｄ ｏＦｒ ｑ ｎｃ ｇ ｔｏ ｔｅ ｉ
利 用 ｘ 射线衍射仪和 ｘ 射 线光电子能谱仪对薄膜的结晶结构和 成分进行 了分析 ，利用四探针测试
度性 能的影响
仪 测试 了样品 的电阻温度特性 实验结果表明 ，在保持优化氧分压和热处理工 艺条件不 变的情况 下，氧化钒薄膜的 方块电阻随溅射功率的升高逐渐 下降；经 ４ ０。热 处理后 ，氧化钒 薄膜 出现 了明显 的半导体一 ５ Ｃ 金属相 变特性 ，相 变的