氧离子注入对氧化钒薄膜电学特性影响的研究

杨碧赞

(复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室，上海 200433)

从90年代开始，随着红外技术的突破，红外探测器得到快速发展，在军事和民事领域中被广泛应用．从工作原理来看，红外探测器可以分为制冷型和非制冷型，其中非制冷辐射热计技术一直是人们研究的重点[1]．跟其他制冷型探测器相比，非制冷辐射热计具有体积小、功耗小、重量轻、成本低以及性能可靠等优点[2-3]．除此以外，该探测器的隐蔽性很好，识别目标能力强，能在恶劣气候条件下工作，能够满足军事和民事的应用需求．

非制冷辐射热计主要是根据热敏材料的方块电阻值随温度的变化而变化设计的．常见的热敏材料有金属薄膜材料(如Pt、Au、Ti等)和半导体材料(如氧化钒、非晶硅等)[4]．通常，用于制作非制冷辐射热计的热敏材料必须具备合适的电阻率以及较高的电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance, TCR)值以便提高它工作时的信噪比以及灵敏度．一般而言，热敏材料的电阻率为0.1～10Ω·cm，TCR值大于-2%/K就可以满足应用要求[5]．与其他金属薄膜Pt、Au、Ti和非晶Si相比，氧化钒薄膜拥有比较高的TCR值，合适的方块电阻值以及与Si集成电路工艺相兼容等优点．因此，一直以来氧化钒薄膜是制造非制冷辐射热计的核心．但是氧化钒具有多种价态，不同价态之间的电学性能具有显著的差异，常见的氧化钒包括VO、V2O3、VO2以及V2O5[6]．VO和V2O3具有较低的TCR值和电阻率，不能应用到辐射热计中．VO2虽然具有合适的电阻率以及较高的TCR值，但是它在68℃时会发生相变特……