氧化钒薄膜由于具有高的TCR值、低的热导率、制备工艺与硅工艺兼容、可实现批量生产和低成本以及所制得的器件具有较低的1/f噪声与较高的帧数等优势,成为近年来备受瞩目的新一代微测辐射热计式非致冷红外探测与成像系统的核心敏感材料。我国进口的非制冷红外成像设备大多配以氧化钒薄膜探测器。目前,国内该项技术领域仍处于空白,这是造成国外中低端产品价格昂贵且高端产品封锁的根本原因,极大的阻碍了非制冷红外探测技术应用的扩展。由天津大学电子信息工程学院承担的天津市自然科学基金项目“具有热相变特性的氧化钒薄膜研究”(043600811),在市科委的大力支持下,经过研究人员的不懈努力和刻苦攻关,取得了一系列可喜的学术成果及社会效益。该项目的创新点主要包括:一是在国内首次使用了直流对向靶磁控溅射的方法制备氧化钒薄膜。该方法具有成膜速率快、基底温升低、膜层致密且与基底附着性好及靶材利用率高等特点,利用该镀膜技术可制备出高性能氧化钒薄膜。二是利用直流对向靶磁控溅射辅以低温热处理技术制备出热致相变温度在42-52℃范围且电阻率随温度的跃变幅值达到1-2个数量级,个别样品大于2个数量级的VO2薄膜,在国内处于领先水平。三是全面系统地对真空蒸发法和直流对向靶磁控溅射法两种制备氧化钒薄膜的工艺进行了实验研究,发现了诸项制备条件对所形成的氧化钒薄膜的化学组分、结晶状态、显微结构以及薄膜热敏特性的影响规律,取得大量具有实用价值的图表数据,为进一步将氧化钒薄膜应用于新型传感器、光电子器件奠定了基础。四是在国内首次以纳米多孔硅为基底,在其表面利用直流对向靶磁控溅射技术制备了氧化钒薄膜电阻,研究了多孔硅基氧化钒薄膜的热响应性能,为氧化钒薄膜应用于微测辐射热计式非制冷红外探测器进行了初步探讨。该项目已在《压电与声光》、《硅酸盐通报》、《天津大学学报》、《纳米技术与精密工程》、《材料研究学报》等国内核心期刊上发表文章8篇,其中被EI收录3篇;发表会议论文1篇;申请国内发明专利2项(其中1项已公开);培养博士4人,硕士1人。
(天津大学电子信息工程学院 胡明)