Электрофизические свойства пленок оксида ванадия, нанесенных методом реактивного магнетронного распыления

Целью работы являлось исследование влияния состава газовой среды в процессе распыления на электрофизические характеристики пленок оксида ванадия, нанесенных методом импульсного реактивного магнетронного распыления ванадиевоaй мишени в среде Ar/O2 рабочих газов.

Получены зависимости напряжения разряда магнетрона, скорости нанесения, удельного сопротивления, температурного коэффициента сопротивления (ТКС), ширины оптической запрещенной зоны пленок оксида ванадия от концентрации кислорода в смеси газов. Установлено, что при реактивном магнетроном распылении формируются аморфные пленки оксида ванадия. Показано, что электрофизические свойства нанесенных пленок оксида ванадия имеют сильную зависимость от концентрации кислорода в Ar/O2 смеси газов, что связано с образованием в пленке смеси различных промежуточных оксидов ванадия. Установлено, что с точки зрения использования пленок оксида ванадия в качестве термочувствительных слоев пленки необходимо наносить при концентрациях кислорода в смеси газов от 17 до 25 %. При данных концентрациях кислорода без нагрева подложек получены пленки оксида ванадия с удельным сопротивлением (0,6–4,0)·10-2 Ом·м, ТКС 2,2–2,3 %/°C и шириной запрещенной зоны для прямых переходов 3,7–3,78 эВ. Полученные характеристики позволяют использовать данные пленки в качестве термочувствительных слоев микроболометров.

1. Rogalski A. Infrared Detectors for the Future. Acta physica polonica A. 2009;116(3):389-406.

2. Breen Th.B., Kohin M., Marshall Ch. A., Murphy R., White T.E., Leary A.R., Parker T.W. Even more applications of uncooled microbolometer sensors. Proc. SPIE. 1999;3698:308-319.

3. Mauger А, Julien Ch. M. Review V2O5 thin films for energy storage and conversion. AIMS Materials Science. 2018;5(3):349-401. https://doi.org/10.3934/matersci.2018.3.349.

4. Singh T., Wang Sh., Aslam N., Zhang H., Hoffmann-Eifert S., Mathur S. Atomic Layer Deposition of Transparent VOx Thin Films for Resistive Switching Applications. Chemical Vapor Deposition. 2014;20(7-9):291-297. https://doi.org/10.1002/cvde.201407122.

5. Esther A.C.M., Sharma A.K., Dey A., Porwal D., Pradeepkumar M.S., Rangappa D. Optical constants of pulsed RF magnetron nanocolumner V2O5 coating. Physica B. 2015;478:161-166.

6. Luo Z., Wu Z., Xu X., Du M., Wang T., Jiang Y. Impact of substrate temperature on the microstructure, electrical and optical properties of sputtered nanoparticles V2O5 thin film. Vacuum. 2010;85(2):145-150.

7. Patil C.E., Tarwal N.L., Shinde P.S., Deshmukh H.P., Patil P.S. Synthesis of electrochromic vanadium oxide by pulsed spray pyrolysis technique and its properties. Journal of Physics D. Applied Physics. 2009;42(2):1-6.

8. Kumar A., Singh P., Kulkarni N., Kaur D. Structural and optical studies of nanocrystalline V2O5 thin film. Thin Solid Film. 2008;516(6):912-918.

9. Beke S. А review of the growth of V2O5 films from 1885 to 2010. Thin Solid Films. 2011;519(6):1761-1771.

10. Chen S., Jianjun L., Jun D., Hong M., Hongchen W., Xinjian Y. Characterization of nanostructured VO2 thin films grown by magnetron controlled sputtering deposition and post annealing method. Optics Express. 2009;17(26):24153-24161.

11. Zhang H., Wu Z., Yan D., Xu X., Jiang Y. Tunable hysteresis in metal-insulator transition of nanostructured vanadium oxide thin films deposited by reactive direct current magnetron sputtering. Thin Solid Films. 2014;552:218-224.