АКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ V(MO)Oх С ВАНАДИЕВОЙ МИШЕНЬЮ, ЛЕГИРОВАННОЙ ОКСИДОМ ПЕРЕХОДНОГО МЕТАЛЛА, ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В МИКРОБОЛОМЕТРЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК G01J5/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к активному материалу на основе V(MO)O_x (болометрической тонкой пленке), полученному посредством применения ванадиевой мишени, легированной оксидом переходного металла (MO: WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO), для применения в микроболометре и способу его получения.

Уровень техники

Оксиды ванадия (VO_x) применяли в качестве сенсорных материалов для применения в микроболометре. Тонкие пленки на основе VO_x обладают надлежащими болометрическими свойствами, такими как низкое удельное сопротивление, высокий отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления (TCR) и низкий уровень электрического шума. Наиболее важным параметром, который определяет шумовые характеристики детекторов микроболометров, являются болометрические свойства применяемого активного металла. В данных свойствах TCR и уровни шума являются основными факторами, которые обуславливают применимость активного материала. В уровне техники существуют некоторые затруднения в разработке активного материала с высоким TCR и низким уровнем электрического шума.

В литературных исследованиях способы осаждения, посредством которых получают различные мишени или легированные металлами мишени, применяют в качестве методик осаждения активного материала. Поскольку данная ситуация отрицательно влияет на однородность пленки, становится трудно контролировать количество легированного металла и процесс окисления. Таким образом, воспроизводимость получения VO_x является затруднительной вследствие сложности способа изготовления. Существуют также некоторые несовместимости производимого материала с методиками микропроизводства.

US6489613B1

В US6489613B1 раскрыта оксидная тонкая пленка для болометра, содержащая оксид ванадия, представленный VO_x, где x соответствует 1,5<=x<=2,0, при этом часть ионов ванадия в оксиде ванадия замещена ионом металла M, где ион металла M представляет собой по меньшей мере одно из хрома (Cr), алюминия (Al), железа (Fe), марганца (Mn), ниобия (Nb), тантала (Ta) и титана (Ti). Кроме того, представлен инфракрасный детектор, имеющий тонкую пленку болометра, определенную выше.

В US6322670B2 раскрыт материал на основе VO_x, содержащий ванадий и кислород, образующие соответствующие доли материала на основе VO_x, где x представляет собой значение, выбранное для определения термического коэффициента сопротивления (TCR) от 0,005 до 0,05. Свойства материала на основе VO_x могут быть изменены или модифицированы посредством регулирования определенных параметров в среде осаждения распылением ионным пучком. Способ представляет собой низкотемпературный способ (менее 100 градусов Цельсия).

Ни один из документов в предшествующем уровне техники не раскрывает стабильный и активный материал на основе ванадия, легированный оксидами переходных металлов, а также способ получения, обеспечивающий высокую однородность и эксплуатационные характеристики, а также совместимость с CMOS. Следовательно, существует необходимость в создании активного материала на основе ванадия, имеющего высокую стабильность, с высоким TCR и низкими уровнями шума, а также способа получения, характеризующегося воспроизводимостью и высокой однородностью и совместимостью с CMOS (дополнительный металл-оксид-полупроводник).

Краткое описание изобретения

Для получения высокопроизводительных микроболометров необходимо сосредоточиться на получении материала с высоким TCR и низкими уровнями шума. Основной целью настоящего изобретения является повышение производительности болометрического устройства посредством получения тонкой пленки, характеризующейся низким уровнем электрического шума и высоким TCR (более 2,7).

Другой целью настоящего изобретения является получение тонкой пленки для применения в микроболометре, характеризующейся высокой стабильностью.

Еще одной целью настоящего изобретения является получение тонкой пленки, совместимой с CMOS благодаря низкотемпературному способу получения. Указанная тонкая пленка повышает совместимость с CMOS за счет применения всех стадий получения без термической обработки.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа получения, характеризующегося высокой воспроизводимостью, однородностью и производительностью. Данная методика обеспечивает отличное превосходство в отношении однородности и эксплуатационных свойств по сравнению с другими способами, описанными в литературе, в которых выполняют осаждения из различных мишеней и мишени, легированной металлической фазой.

Для достижения целей, описанных выше, представлена тонкая пленка, пригодная для болометрических вариантов применения, содержащая ванадиевую мишень, легированную одним из оксидов переходных металлов, при этом указанная тонкая пленка представлена V(MO)O_x, и оксид переходного металла (MO) представляет собой WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO. Также предложен способ получения указанной тонкой пленки, включающий стадии обеспечения ванадиевой мишени, осаждения на ванадиевую мишень одного из оксидов переходного металла, которые представляют собой WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO.

Краткое описание графических материалов

На чертеже показана схема способа получения активного материала (тонкой пленки) с использованием ванадиевой мишени, легированной оксидом переходного металла.

Подробное описание изобретения

Тонкую пленку, представленную в виде V(MO)O_x, согласно настоящему изобретению получают с использованием ванадиевой мишени, легированной наиболее стабильной фазой оксидов переходных металлов, при этом указанный х находится в диапазоне 1,7-2,5. Указанные оксиды переходных металлов (МО) представляют собой WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO. Таким образом, вместо металла в тонкую пленку легируют наиболее стабильную оксидную фазу. Осаждение данных оксидов переходных металлов улучшает болометрические свойства и стабильность продукта, а также повышает совместимость с CMOS за счет применения всех стадий получения без термической обработки. Болометрические свойства тонкой пленки получают в виде 2-3,5%-K^-1 для TCR, параметр шума составляет 10^-14-10^-13.

На чертеже показана схема способа получения тонкой пленки с использованием ванадиевой мишени, легированной оксидом переходного металла. Способ получения тонкой пленки приведен ниже:

- обеспечение ванадиевой мишени,

- осаждение на ванадиевую мишень одного из оксидов переходных металлов, которые представляют собой WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO.

Указанное осаждение выполняют посредством применения способов распыления под воздействием постоянного тока, импульсного постоянного тока или способов высокочастотного распыления, в то время как давление осаждения находится в диапазоне 1-5 мторр. Процесс осаждения проводят в атмосфере, состоящей на 1-30% из реактивного газа (то есть O₂/Ar). Толщина осаждения тонкой пленки находится в диапазоне 50-300 нм.

Изобретение относится к области приемников излучения и касается тонкой пленки, пригодной для болометрических вариантов применения. Тонкая пленка содержит ванадиевую мишень, легированную одним из оксидов переходных металлов, где указанная тонкая пленка представлена V(MO)O_x, и оксид переходного металла (MO) представляет собой WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO. Технический результат заключается в повышении однородности пленки и улучшении ее эксплуатационных свойств. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тонкая пленка, пригодная для болометрических вариантов применения, содержащая ванадиевую мишень, легированную одним из оксидов переходных металлов, где указанная тонкая пленка представлена V(MO)O_x, и оксид переходного металла (MO) представляет собой WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO.

2. Тонкая пленка по п. 1, где толщина осаждения тонкой пленки находится в диапазоне 50-300 нм.

3. Тонкая пленка по п. 1, где указанная тонкая пленка характеризуется значением TCR, составляющим 2-3,5%-K^-1.

4. Тонкая пленка по п. 1, где указанная тонкая пленка характеризуется параметром шума в диапазоне 10^-14-10^-13.

5. Тонкая пленка по п. 1, где указанный x находится в диапазоне 1,7-2,5.

6. Способ получения тонкой пленки, пригодный для болометрических вариантов применения, который включает стадии:

- обеспечения ванадиевой мишени,

- осаждения на ванадиевую мишень одного из оксидов переходных металлов, которые представляют собой WO₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO.

7. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где указанное осаждение выполняют посредством применения способов распыления под воздействием постоянного тока, импульсного постоянного тока или способов высокочастотного распыления.

8. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где давление осаждения находится в диапазоне 1-5 мторр.

9. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где указанное осаждение проводят в атмосфере, состоящей на 1-30% из реактивного газа.

10. Способ получения тонкой пленки по п. 9, где указанный реактивный газ представляет собой O₂.

11. Способ получения тонкой пленки по п. 6, где толщина осаждения тонкой пленки находится в диапазоне 50-300 нм.