本發明屬于非制冷紅外探測器，具體涉及一種摻雜熱敏氧化釩薄膜及其制備方法。

背景技術：

1、熱敏薄膜是微測輻射熱計的核心材料，其熱敏特性直接影響微測輻射熱計的關鍵性能指標和成像畫質，因此需要研究提升熱敏材料的熱敏特性。其中，利用摻雜工程是較為常見且行之有效的性能提升辦法，通過合適元素的摻雜可以提升熱敏薄膜電阻溫度系數，進而制備得到響應率更高，光電轉換效率更充分的微測輻射熱計。

2、目前制備摻雜薄膜的主要辦法有兩個，一個是通過熔鑄的方式將要摻雜的元素與釩元素共同鑄造為合金靶材，或者將需摻雜的元素鑲嵌于金屬釩靶材之上，在氧氣氛圍下轟擊靶材得到摻雜的氧化釩薄膜，另一個是采用高能離子轟擊已制備好的氧化釩薄膜，將需摻雜的元素注入氧化釩薄膜。

3、然而，現有上述制備摻雜薄膜的方法成本高昂且有不可規避的原生工藝缺陷。使用熔鑄靶材沉積摻雜氧化釩薄膜，具有摻雜元素分布均勻可保證均勻性的優點，但每塊靶材的購置成本非常高，調節摻雜濃度時成本過于高昂，研發成本居高不下。使用鑲嵌靶材沉積摻雜氧化釩薄膜，由于固態物質源元素分布本就不均，難以獲得成分均一的熱敏薄膜，會造成不同像元應對均勻輻射時探測效果有差異，同時由于不同元素蒸汽壓不同消耗速率不一，靶材表面在長期工作下容易凹凸不平，使得靶材使用壽命大大降低，給大批量生產帶來過高的物料損耗。使用高能離子轟擊時，需購置專門的離子注入設備，但離子注入的過程較為復雜，深度不同時摻雜劑量存在區別，高能離子轟擊本身由于能量過高容易給熱敏薄膜造成晶體結構損傷，在薄膜表面形成損傷層。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，至少可以解決現有技術中存在的部分缺陷。

2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

3、摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，包括如下過程：

4、生長層疊設置的v2o5層、游離金屬釩層和摻雜金屬層，形成熱敏層；

5、對熱敏層加熱處理，使熱敏層的v2o5、游離金屬釩、摻雜金屬擴散融合，得到摻雜熱敏氧化釩薄膜。

6、進一步的，所述熱敏層包括至少兩層v2o5層，每相鄰兩層v2o5層之間設置至少一層摻雜金屬層以及至少一層游離金屬釩層。

7、進一步的，每相鄰兩層所述v2o5層之間均由下至上設置第一層摻雜金屬層、游離金屬釩層和第二層摻雜金屬層。

8、進一步的，所述v2o5層采用磁控濺射或者離子束沉積方式于富氧條件下沉積得到。

9、進一步的，所述摻雜金屬層采用磁控濺射或者電子束蒸發或者分子束外延或者原子層沉積方式生長得到。

10、進一步的，所述游離金屬釩層采用磁控濺射或者離子束沉積方式于無氧條件下生長得到。

11、進一步的，調節v2o5層和摻雜金屬層的厚度得到目標摻雜比例，和/或調節v2o5層和游離金屬釩層的厚度得到目標釩離子的價態。

12、進一步的，所述熱敏層加熱處理的溫度為250-300℃，時間為10-60min。

13、另外，本發明還提供了一種摻雜熱敏氧化釩薄膜，采用上述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法制備得到。

14、本發明還提供了一種紅外轉換功能結構，包括由下至上依次設置的襯底、紅外吸收層、熱敏薄膜層、鈍化保護層，所述熱敏薄膜層采用上述的摻雜熱敏氧化釩薄膜。

15、與現有技術相比，本發明的有益效果：

16、(1)本發明提供的這種摻雜熱敏氧化釩薄膜采用疊層結構形式，再使用高溫擴散的方式使摻雜金屬元素與基質釩元素融合，從而得到摻雜均勻且表面無損的摻雜氧化釩薄膜，制備方法簡單，利用常見的半導體工藝即可實現，避免使用復雜的設備和價格高昂的物料。

17、(2)本發明通過調節熱敏層中摻雜金屬層的厚度調節摻雜濃度，同時通過v2o5層和游離金屬釩層的厚度大小調節熱敏薄膜中釩離子的價態，通過這兩個方面調控熱敏薄膜的電阻值大小，進而匹配信號處理電路的阻值要求，這種獲得目標配比的摻雜氧化釩熱敏薄膜的調控方式簡單且成本低。

18、以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

技術特征：

1.摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下過程：

2.如權利要求1所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述熱敏層包括至少兩層v2o5層，每相鄰兩層v2o5層之間設置至少一層摻雜金屬層以及至少一層游離金屬釩層。

3.如權利要求2所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，每相鄰兩層所述v2o5層之間均由下至上設置第一層摻雜金屬層、游離金屬釩層和第二層摻雜金屬層。

4.如權利要求1所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述v2o5層采用磁控濺射或者離子束沉積方式于富氧條件下沉積得到。

5.如權利要求1所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述摻雜金屬層采用磁控濺射或者電子束蒸發或者分子束外延或者原子層沉積方式生長得到。

6.如權利要求1所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述游離金屬釩層采用磁控濺射或者離子束沉積方式于無氧條件下生長得到。

7.如權利要求1-6任一項所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，調節v2o5層和摻雜金屬層的厚度得到目標摻雜比例，和/或調節v2o5層和游離金屬釩層的厚度得到目標釩離子的價態。

8.如權利要求1所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于，所述熱敏層加熱處理的溫度為250-300℃，時間為10-60min。

9.一種摻雜熱敏氧化釩薄膜，其特征在于，采用如權利要求1-8任一項所述的制備方法制備得到。

10.一種紅外轉換功能結構，其特征在于，包括由下至上依次設置的襯底、紅外吸收層、熱敏薄膜層、鈍化保護層，所述熱敏薄膜層采用權利要求9所述的摻雜熱敏氧化釩薄膜。

技術總結
本發明提供了一種摻雜熱敏氧化釩薄膜及其制備方法、紅外轉換功能結構，其中摻雜熱敏氧化釩薄膜的制備方法包括如下過程：生長層疊設置的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;層、游離金屬釩層和摻雜金屬層，形成熱敏層；對熱敏層加熱處理，使熱敏層的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;、游離金屬釩、摻雜金屬擴散融合，得到摻雜熱敏氧化釩薄膜。該發明的摻雜熱敏氧化釩薄膜采用疊層結構形式，再使用高溫擴散的方式使摻雜金屬元素與基質釩元素融合，從而得到摻雜均勻且表面無損的摻雜氧化釩薄膜，利用常見半導體工藝即可實現，避免使用復雜的設備和價格高昂的物料；并且利用V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;層、游離金屬釩層和摻雜金屬層的厚度大小調控熱敏薄膜的電阻值大小，進而匹配信號處理電路的阻值要求，調控方式簡單且成本低。

技術研發人員：黃晟,黃立,尹魏玲,王春水,汪超,葉帆,趙祺,陳陸楓
受保護的技術使用者：武漢高芯科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24