本發明屬于微測輻射熱計探測器，具體涉及一種陰陽離子共摻雜的熱敏材料及其制備方法、微測輻射熱計。

背景技術：

1、熱敏薄膜沉積技術是制備微測輻射熱計的核心技術之一，其生長質量直接影響為測輻射熱計的性能參數，從而針對熱敏感膜的性能和制備方法也在廣泛開展。常見的磁控濺射法和離子束沉積法，均是高能氬(ar)離子流轟擊靶材濺射出表層原子，而后與氧氣(o2)反應得到特定組分的氧化釩薄膜或陽離子摻雜的氧化釩薄膜。

2、特定組分的氧化釩薄膜作為金屬氧化物在沉積過程中可能由于氧原子溢出而形成氧空位，此外特定的高價態陽離子摻雜氧化釩薄膜可改變d電子軌道的激活能，從而提高其在室溫附近的電阻溫度系數(tcr)，但同時由于產生替位雜質形成施主能級，正電中心對多余價電子的束縛作用較弱，其容易脫離束縛成為導電電子而自由運動，這將增強熱敏薄膜的導電能力。但同時也由于施主能級可作為陷阱中心俘獲/發射載流子，這些過程可能引起熱敏薄膜1/f噪聲的增大而不利于微測輻射熱計探測器對微小信號的分辨。傳統的金屬封裝由于半導體制冷器可保證器件在固定溫度工作可盡量避免以上問題，但正在發展的晶圓級或像素級封裝沒有保證溫度的工作模塊，即對熱敏薄膜本身的熱轉換能力和穩定性提出更高要求。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，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、一種陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，包括如下步驟：

4、s1、將金屬釩顆粒與陽離子摻雜金屬m顆粒熔融鍛造，得到合金靶材；

5、s2、將合金靶材在惰性氣體和氮氧化物的混合氣氛下進行反應濺射，獲得中間體材料；

6、s3、在含氮氧化物氣氛下，對中間體材料進行退火熱處理，得到陰陽離子共摻雜的熱敏材料。

7、進一步的，所述步驟s1中，金屬釩顆粒和陽離子摻雜金屬顆粒的質量比大于9:1。

8、進一步的，所述步驟s1中，陽離子摻雜金屬m顆粒為鉻、鉬、鎢中一種。

9、進一步的，所述步驟s2中，中間體材料主要成分滿足mxv1-xoyn1-y，其中，m為陽離子摻雜金屬元素，v為釩元素，o為氧元素，n為氮元素，x滿足0＜x≤0.3，y滿足0＜y≤0.1。

10、進一步的，所述步驟s2中，反應濺射溫度為30-200℃，時間為10-60min。

11、進一步的，所述步驟s2中，所述惰性氣體為氬氣，所述氮氧化物為一氧化氮。

12、進一步的，所述步驟s2中，氬氣與一氧化氮的流量比為10:(0.8-1.2)。

13、進一步的，所述步驟s3中，退火熱處理溫度為300-400℃，時間為10-60min。

14、另外，本發明還提供了一種陰陽離子共摻雜的熱敏材料，采用上述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法制得。

15、本發明還提供了一種微測輻射熱計，包括熱敏薄膜，所述熱敏薄膜為上述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料。

16、與現有技術相比，本發明的有益效果：

17、本發明通過陽離子摻雜改變熱敏材料的激活能，提升其電阻溫度系數，增強熱敏材料的熱電轉換能力，提升微測輻射熱計的響應率，同時通過陰離子摻雜補償陽離子摻雜帶來的多余電子可能引起的擾動，降低熱敏材料的1/f噪聲，優化微測輻射熱計的netd(噪聲等效溫差)。

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.陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，金屬釩顆粒和陽離子摻雜金屬顆粒的質量比大于9:1。

3.如權利要求1所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，陽離子摻雜金屬m顆粒為鉻、鉬、鎢中一種。

4.如權利要求3所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，中間體材料主要成分滿足mxv1-xoyn1-y，其中，m為陽離子摻雜金屬元素，v為釩元素，o為氧元素，n為氮元素，x滿足0＜x≤0.3，y滿足0＜y≤0.1。

5.如權利要求1所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，反應濺射溫度為30-200℃，時間為10-60min。

6.如權利要求1所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，所述惰性氣體為氬氣，所述氮氧化物為一氧化氮。

7.如權利要求6所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，氬氣與一氧化氮的流量比為10:(0.8-1.2)。

8.如權利要求1所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s3中，退火熱處理溫度為300-400℃，時間為10-60min。

9.一種陰陽離子共摻雜的熱敏材料，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得。

10.一種微測輻射熱計，其特征在于，包括熱敏薄膜，所述熱敏薄膜為權利要求9所述的陰陽離子共摻雜的熱敏材料。

技術總結
本發明提供了一種陰陽離子共摻雜的熱敏材料及其制備方法，該方法包括如下步驟：S1、將金屬釩顆粒與陽離子摻雜金屬M顆粒熔融鍛造，得到合金靶材；S2、將合金靶材在惰性氣體和氮氧化物的混合氣氛下進行反應濺射，獲得中間體材料；S3、在含氮氧化物氣氛下，對中間體材料進行退火熱處理，得到陰陽離子共摻雜的熱敏材料。該發明通過陽離子摻雜改變熱敏材料的激活能，提升其電阻溫度系數，增強熱敏材料的熱電轉換能力，提升微測輻射熱計的響應率，同時通過陰離子摻雜補償陽離子摻雜帶來的多余電子可能引起的擾動，降低熱敏材料的1/f噪聲，優化微測輻射熱計的NETD。

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：2025/4/28