专利名称：一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜及其制作方法
技术领域：
本发明涉及非制冷红外探测、及非制冷太赫兹探测技术领域，具体涉及一种微测 辐射热计的热敏电阻材料及光吸收材料、以及其制备方法。
背景技术：
红外探测器把不可见的红外热辐射转化为可检测的电信号，实现对外界事务的观 察。红外探测器分为量子探测器和热探测器两类。热探测器又称非制冷型红外探测器，可以 在室温下工作，具有稳定性好、集成度高、和价格低等优点，在军事、商业和民用等领域有广 泛的应用前景。非制冷红外探测器主要包括热释电、热电偶、热敏电阻等三种类型，其中，基 于热敏电阻的微测辐射热计焦平面探测器，是近年发展非常迅猛的一种非制冷红外探测器 (LeonardP. Chen, "Advanced FPAs for Multiple Applications" Proc. SPIE,4721, 1-15(2002)文献)。太赫兹探测器是把波长更长的太赫兹波段的电磁波辐射转化为可检测 的电信号，实现对外界事务的观察。太赫兹也有多种型号的探测器，其中，非制冷太赫兹微 测辐射热计具有与非制冷红外微测辐射热计类似的结构，可以通过对后者的改进来获取。 微测辐射热计的红外、或太赫兹辐射探测过程，主要通过悬浮的微桥结构来完成，所以，悬 浮微桥是影响器件制造成败及性能高低的关键性因素。微测辐射热计对构造其悬浮微桥的 薄膜材料，尤其是核心的热敏电阻材料，有特殊的要求，体现在相关材料应具有合适的电 学、光学、及力学性能等。有多种材料可以用作红外探测器、或太赫兹探测器微测辐射热计的热敏电阻材 料。其中，氧化钒薄膜具有非常优良的电学及光学性能，而且，材料制备的集成度高，是最 常用的高性能非制冷红外探测器、或非制冷太赫兹探测器的热敏电阻材料。1994年2月 15日授权的Honeywll公司的Barrett Ε. Cole等人申报的美国专利USP 5286976，以及文 献 H. Jerominek, F. Picard,et al. , "Micromachined, uncooled, VO2-based, IR bolometer arrays", Proc. SPIE，2746，60-71 (1996)，分别描述了基于氧化钒热敏电阻膜的红外探测器 结构。然而，由于钒原子的电子结构为3d34s2，其中的4s及3d轨道皆可失去部分或全部电 子，所以，传统的氧化钒薄膜的制备方法，例如磁控溅射、电子束蒸发、激光烧蚀沉积等，含 有其本身无法克服的缺点即所制备的氧化钒薄膜中V元素的价态复杂、薄膜化学结构的 稳定性差等。例如，采用磁控溅射制备氧化钒薄膜时，其中的V元素一般包括0、+2、+3、+4、 +5 等多禾中价态(参见 Xiaomei Wang, Xiangdong Xu, et al. ,"Controlling the growth of VOx films for variousoptoelectronic applications，，,Proceedings of the 2009 16th IEEE InternationalSymposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, IPFA，p572_576 (2009)文献)。由于V元素的组成复杂，制备工艺的微小变化都 会对氧化钒薄膜的化学组成产生较大的影响，从而使薄膜的电学、光学等性能发生明显变 化，进而影响到器件的性能。所以，基于氧化钒薄膜的微测辐射热计的一个主要缺点是氧 化钒薄膜的制备工艺难度大，产品的重复性和稳定性差。1994年2月22日授权的David A. Jackson等人申报的美国专利USP5288380,以及2005年8月4日授权的Sung Mooon等人申报的美国专利USP7250604，分别描述了一种 共溅射的方法，用以改进氧化钒薄膜的物理性能。这种方法把事先混有一些金属杂质(如 Ni、Fe、Cr、Mn、W等)的氧化钒材料作为溅射靶材，在一定条件下，溅射这种混合物靶材，使 之形成气态组分、然后沉积成膜；或者，采用两个溅射源分别溅射金属及氧化钒两个不同的 靶源，制备含有一定金属杂质的氧化钒(VMxOy，M为金属杂质)薄膜，以此控制氧化钒薄膜的 电阻值、电阻温度系数、相变温度等电学性能，满足红外探测器的需要。共溅射掺杂金属的 缺点是金属杂质与氧化钒的溅射速率难以保持一致，所以，该方法制备的薄膜中氧化钒与 金属杂质的比例往往与靶材并不相同，而且，该比例还可能随着溅射工艺的波动而剧烈变 化。所以，共溅射的方法难以获取具有固定计量比、性能稳定的VMxOy薄膜。此外，共溅射所 需的设备投资大、工艺技术复杂。溶胶凝胶(Sol-gel)法是另外一种制备氧化钒薄膜的方法，文献V. N Ovsyuk, et al. , "Uncooled microbolometer IR FPA based on sol-gel VOx，，，Proc. SPIE, 5834, 47-54(2005)，就描述了利用溶胶凝胶法制备用于红外探测器的氧化钒热敏薄膜。溶胶凝胶 方法的优点是设备简单，而且，能够获取价态比较集中的氧化钒薄膜、有利于材料性能的有 效控制。但是，如果没有其它杂质的调节，那么，常规溶胶凝胶法所获取的氧化钒薄膜的电 阻值较大，而且，工作温度下还会有相变现象，不利于应用在红外探测器当中。2007年6月 13日授权的黄维刚等人申报的中国专利200510020789. 8，描述了一种采用无机溶胶凝胶 的方法对氧化钒进行金属掺杂、以改进相关氧化钒薄膜的性能。该方法首先把V2O5与MoO3 相混合，常压下加热到900°C左右，形成熔融物；然后，把熔融物快速倒入水中，加入草酸、 NH4F形成无机溶胶。最后，在350-50(TC下退火处理，得到掺有Mo、或W元素、并包含F元 素的氧化钒材料。这种无机溶胶凝胶方法的缺点是(1)溶胶制备的温度过高，影响器件集 成；⑵产物中包含大量的非金属F杂质，影响材料性能；(3)所获得的氧化钒的光吸收率 较低，不利于红外光的吸收探测。这些不足使无机溶胶凝胶法难以直接应用在红外探测器、 或太赫兹探测器氧化钒热敏薄膜的制造当中。2002年12月3日授权的NEC公司Toru Mori等人申报的美国专利USP6489613，则 描述了另外一种改进红外探测用氧化钒薄膜性能的溶胶凝胶方法。该发明利用有机溶胶凝 胶技术，采用钒醇盐(VO(OR)3)作为反应原料，在溶胶状态下往氧化钒中掺入一定量的Cr、 Al、Fe、Mn、Nb、Ta、Ti等金属杂质，经退火处理、形成金属掺杂的氧化钒薄膜，通过掺杂金属 量的控制使氧化钒的电阻值、电阻温度系数(TCR)等电学性能符合红外探测器的要求。采 用有机溶胶凝胶方法，能够获取价态比较集中的氧化钒薄膜，有利于对薄膜的电阻值、相变 温度、TCR等参数进行有效控制，使之满足红外探测器的要求。重要的是，有机溶胶凝胶法 的反应温度较低(< 200°C)，有利于降低对器件集成的负面影响。遗憾的是，常规有机溶 胶凝胶法含有一些与无机溶胶凝胶法相同的缺点，包括(1)有机、或无机溶胶凝胶法进行 金属掺杂时，金属杂质在氧化钒薄膜中的稳定性差，容易发生杂质扩散、偏析等现象，导致 氧化钒薄膜的性能发生退变、质量下降，难以满足器件的长期运行需要；(2)有机、或无机 溶胶凝胶法进行金属掺杂的方法无法有效地提高氧化钒薄膜的光吸收性能。另一方面，碳纳米管是一种非常重要的一维纳米材料。自1991年，日本的Iijima 发现碳纳米管以来(参见 Sumio Ii jima,"Helical microtubules of graphiticcarbon Nature, 354, 56, (1991)文献)，越来越多的研究表明，这种特殊的一维纳米材料具有许多独特的物理与化学性能，在许多领域有广阔的应用前景。首先，碳纳米管具有非常优良 的化学稳定性，在真空条件中，碳纳米管在1200°C的高温下，其化学结构还能保持稳定， 而在大气环境中，碳纳米管在650°C以下也是化学稳定的，显然，碳纳米管的化学稳定性 远远高于氧化钒薄膜。此外，碳纳米管还具有优良的电学、光学、及力学等性能，例如，文 献报道碳纳米管的电阻温度系数(TCR)能达到0.3 2. 5%/K，特定条件下，其光吸收 系数能达到 IO4 5CnT1 (参见 Μ. E. Itkis, F. Borondics, A. Yu. R. C. Haddon, "Bolometric InfraredPhotoresponse of Suspended Single-Walled Carbon Nanotube Films，，， Science, 312,413-416 (2006)文献)。所以，碳纳米管是一种具有潜在应用价值的热敏电阻 材料，有望克服传统的氧化钒热敏薄膜的一些缺点。

发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种用于红外探测器、或太赫兹探测器等微 测辐射热计的氧化钒薄膜及其制备方法，该薄膜能提高器件的工作性能，降低了原料制造 成本，适宜大规模化生产。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种用于微测辐射热计的氧化钒 薄膜，其特征在于，该薄膜是由一维碳纳米管和两维氧化钒薄膜复合而成的氧化钒-碳纳 米管复合膜，这种氧化钒_碳纳米管复合膜构成微测辐射热计的热敏电阻材料和光吸收材 料。上述氧化钒-碳纳米管复合膜的第一种制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗衬底，吹干后备用；②把事先制备好的未经功能化处理的原始碳纳米管放在烧杯当中，与有机溶剂混 合，超声分散，然后，把分散液转移到经清洁处理的衬底的表面，使溶剂挥发，形成交错、互 联的碳纳米管膜；③把步骤②得到的分散有碳纳米管膜的衬底放入抽为真空的反应器中，利用反应 器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与管的间隙当中， 退火，形成氧化钒_碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；⑤根据需要，依次重复碳纳米管分散、氧化钒沉积和退火步骤，形成氧化钒_碳纳 米管多层复合膜结构。上述氧化钒_碳纳米管复合膜的第二种制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗衬底，吹干后备用；②把事先制备好的碳纳米管放在烧杯中，先采用化学处理的方式，在碳纳米管的 表面引入官能团，经过过滤、洗涤和干燥步骤，获得功能化的碳纳米管，然后，把该功能化的 碳纳米管放在烧杯当中，与有机溶剂混合，超声分散，再把分散液转移到经清洁处理的衬底 的表面，使溶剂挥发，形成交错、互联的碳纳米管膜；③把步骤②得到的分散有经功能化处理的碳纳米管的衬底放入抽为真空的反应 器中，利用反应器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与 管的间隙当中，退火，形成氧化钒_碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；
⑤根据需要，依次重复碳纳米管分散、氧化钒沉积和退火步骤，形成氧化钒_碳纳 米管多层复合膜结构。按照本发明所提供的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于， 在步骤②中，把碳纳米管分散到衬底表面的方法为旋涂、或者是浸渍提拉法、喷涂法、刷涂 法、电沉积法、电泳、印刷移植等当中的一种，当采用旋涂的方法时，所用的分散液为乙醇、 或者是异丙醇、异丁醇、异戊醇、异己醇等有机溶剂当中的一种。按照本发明所提供的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于， 步骤②中所获得的碳纳米管横卧在衬底的表面、呈交错互联结构，碳纳米管为单壁或多壁 碳纳米管，碳纳米管的直径为1 50nm，碳纳米管的长度为50 30000nm。按照本发明所提供的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的第二种制备方法，其特 征在于，在其步骤②中，对碳纳米管进行功能化处理的方法为采用浓H2SO4与浓HNO3混合 液、浓硝酸、高锰酸钾、Fenton法处理等当中的一种，在碳纳米管的表面引入-C00H、-C0H、 或-CNH2官能团。按照本发明所提供的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于， 在步骤③中，氧化钒膜的制备方法为磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、金属有机化合物化学 气相沉积、激光烧蚀沉积、原子层沉积等当中的一种；当采用磁控溅射方法时，所用的靶材 为金属钒、或钒的氧化物V0X，X满足X < 2. 5，所用的反应气体为氩气与氧气的混合 气、且氧气在混合气中的百分比为0. 2 20%，沉积温度为25 500°C。一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，该薄膜是由一维碳纳米管和 两维氧化钒薄膜复合而成的氧化钒_碳纳米管复合膜，作为红外探测器、或太赫兹探测器 微测辐射热计的热敏电阻材料以及光吸收材料。需要特别说明的是，碳纳米管在复合膜中 的存在形态为线性结构，称之为一维碳纳米管，氧化钒薄膜是膜状结构，称之为两维氧化钒 薄膜。按照本发明所提供的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，氧化钒-碳 纳米管复合膜内含有的氧化钒为非晶态、或晶态结构，氧化钒的分子式表示为V0X，其中，χ 满足 1. 0 彡 χ 彡 2. 5，最佳为 x=l. 5,2. 0,2. 5。按照本发明所提供的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，所述的一维 碳纳米管分散在氧化钒当中，呈交错、或网状结构，碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，碳纳 米管的直径为1 50nm，最佳为2nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm等；碳纳米管的长度 为 50 30000nm，最佳为 500nm、800nm、lOOOnm、1200nm、1500nm、2000nm 等；碳纳米管在复 合膜中的重量含量为 0. 1 98wt. %，最佳为 lwt. %U. 5wt. %,2wt. %,2. 5wt. %,3wt.
3. 5wt. %,4wt. %A. 5wt. %,5wt. %,5. 5wt. %,6wt. %,8wt. %U0wt. %等。按照本发明所提供的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，该复合膜 的厚度为 5 1500nm,最佳为 50nm、lOOnm、120nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、 400nm、450nm、500nm等；复合膜的薄膜方阻为100Ω/ □ 5ΜΩ/ □，最佳为IOkQ/ 口、 20k Ω / □,SOkQ/ □,TOkQ/ 口、90kQ/ 口、IOOkQ/ 口、120kQ/ 口、150kQ/ 口、 170kΩ / 口、200kΩ / 口、300kΩ / 口、400kΩ / 口、500kΩ / □等；复合膜的电阻温度系数 (TCR)为-0. 5 -4. 5% /K，最佳为-1. 0% /K、_l. 3% /K、_l. 5% /K、_l. 8% /K、_l. 9% / K,-2. 0% /Κ、-2· 1% /K,-2. 2% /K,-2. 5% /K 等。
本发明的有益效果本发明考虑到非制冷红外探测器、及非制冷太赫兹探测器的 特殊要求，同时针对器件中氧化钒现有热敏电阻薄膜在材料性能和制备方法等方面的不 足，提出一种采用一维碳纳米管和两维氧化钒相复合的材料作为红外探测器、或太赫兹探 测器微测辐射热计的热敏电阻材料及光吸收材料的方法，一方面利用碳纳米管优良的化学 稳定性、力学性能和导电性，改善传统氧化钒热敏电阻薄膜的导电性低和化学稳定性差等 缺点，同时避免了传统的掺杂工艺对氧化钒膜产生的负面影响，另一方面，利用氧化钒的高 电阻、以及其优良的电阻温度系数(TCR)和红外光等吸收性能，弥补碳纳米管在这些方面 的不足，从而提高器件的综合性能。在此基础上，通过调节氧化钒与碳纳米管之间的比例， 还可以更加容易、更加准确地调节器件薄膜性能，满足红外探测器、或太赫兹探测器的特殊 需要。利用这种由特殊的一维纳米材料与两维薄膜的复合材料制作的红外探测器、或太赫 兹探测器的敏感材料，提高了器件的工作性能，降低了原料制造成本，适宜大规模产业化生 产。


图1是实施本发明提出的氧化钒_碳纳米管复合膜结构的平面图；图2是实施本发明提出的单层的氧化钒-碳纳米管复合膜结构的截面图；图3是实施本发明提出的多层的氧化钒-碳纳米管复合膜结构的截面图。其中，1、衬底，2、氧化钒-碳纳米管复合膜，210、氧化钒-碳纳米管复合膜当中的 碳纳米管，220、氧化钒-碳纳米管复合膜当中的氧化钒。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述本发明的指导思想是在氧化钒_碳纳米管复合膜结构中，利用碳纳米管和氧化钒 各自优良的电学及光学性能，制备出综合性能比较优良的复合薄膜(如图1所示)，用作非 制冷微测辐射热计的热敏电阻材料以及光吸收材料，提高红外探测器、或太赫兹探测器的 性能。本发明的制备氧化钒_碳纳米管复合膜实施例如下①选用硅晶圆片作为薄膜生长 的衬底1，先用Piranha溶液处理和去离子水清洗，然后用稀的氢氟酸溶液浸泡，用氮气吹 干后，备用；②把事先备好的碳纳米管放在烧杯中，先采用化学处理的方法，在碳纳米管的 表面引入一些特殊的官能团，然后，经过过滤、洗涤、干燥等步骤。获得功能化的碳纳米管， 备用；③把经步骤②功能化处理过的碳纳米管放在烧杯当中，与有机溶剂混合，超声分散； 然后，把分散液转移到经步骤①清洁处理过的衬底1的表面，使溶剂挥发，形成交错、互联 的碳纳米管膜210 ；④把表面分散有碳纳米管210的衬底1放入抽为真空的反应器中，用金 属钒作为靶材、氩气作为溅射气体、氧气作为反应气体，采用直流反应磁控溅射的方法、在 200°C下生长一层厚度为5 1500nm的氧化钒膜220，氧化钒220覆盖在碳纳米管210的表 面及管与管的间隙当中，退火，形成氧化钒-碳纳米管复合膜2;⑤样品冷却至室温后，把样 品从磁控溅射系统中取出；⑥根据需要，可依次重复碳纳米管210分散、氧化钒220沉积、和 退火等步骤，形成氧化钒_碳纳米管多层复合膜结构2。在氧化钒-碳纳米管复合膜2当 中，碳纳米管210的引入，使氧化钒220的电学性能、光学性能、和化学结构稳定性等得到有 效改进，符合非制冷红外探测器、或非制冷太赫兹探测器微测辐射热计的要求。
上述制备实施例的具体工艺包括(1)薄膜生长衬底的准备选用4英寸Si (100) 硅片作为薄膜的生长衬底1，实验前，先用Piranha溶液(浓硫酸过氧化氢=7 3 (体积 比))于80°C下处理10分钟，用去离子水冲洗干净，然后在浓度为1.5 10的氢氟酸(HF) 溶液中室温下浸泡90秒，最后用高纯氮气吹干硅片，备用；(2)碳纳米管的功能化处理配 置30ml浓硫酸、IOml浓硝酸的混合酸溶液，称取0. IOOOg多壁碳纳米管放入混酸溶液当中， 将混合溶液放入超声池中(温度50°C、80W)超声振荡3小时，反应完成后用0.4μπι的滤膜 过滤，并用去离子水洗涤过滤碳纳米管、直至滤出液PH值为7。将过滤得到的碳纳米管放 入60°C烘箱中烘烤24小时，备用；(3)碳纳米管210的分散把经功能化处理的碳纳米管 放在烧杯当中，与乙醇溶剂相混合，超声分散；然后，通过旋涂(Spin Coating)方法，把分 散液转移到清洁衬底的表面，使乙醇溶剂挥发，形成交错、互联的碳纳米管膜210 ； (4)氧化 钒220的沉积把表面分散有碳纳米管210的衬底1放入抽为真空的反应器中，采用高超 钒(V)作为靶材、高超氩气(Ar)作为溅射气体、高超氧气(O2)作为反应气体，利用直流反 应磁控溅射的方法在200°C下生长一层厚度为5 1500nm的氧化钒膜220。沉积氧化钒的 典型条件为溅射电压为350V ；功率为600W ；氧气在混合气中的百分比为2% ；衬底温度为 2000C ；沉积速率约lOnm/min ；沉积时间10分钟；沉积中主真空室的压强为1. IPa ；氧化钒 膜的厚度约为IOOnm ；退火处理，形成氧化钒_碳纳米管复合膜2 ； (5)样品在主真空室中冷 却到室温，然后，把样品从真空室中取出；(6)根据需要，可依次重复碳纳米管210分散、氧 化钒220沉积、和退火等步骤，形成氧化钒-碳纳米管多层复合膜结构2，满足器件需要。本发明的硅片1清洗不只限于采用Piranha和氢氟酸溶液，还包括采用业内所知 的其它溶液和方法进行的清洗。薄膜生长衬底也不受特别限制，除了 Si (100)硅片，还包括 其它晶向和尺寸的单晶硅片、或者是非晶硅(a-Si)膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化硅(SiOx)膜、 氮氧化硅(SiNxOy)膜等其中的一种、以及它们的复合膜等其它材料的衬底(根据衬底种类 不同，采用适当的清洗工艺)。复合膜中碳纳米管210也不受特别限制，可以是不同直径、不 同长度的单壁或多壁碳纳米管；而且，该碳纳米管可以是经功能化处理的碳纳米管，也可以 是未经功能化处理的原始碳纳米管；本发明中把碳纳米管分散在衬底表面的方法也不受特 别限制，除了旋涂技术，也可以是浸渍提拉法、喷涂法、刷涂法、电沉积法、电泳、印刷移植等 业内所知的其它分散碳纳米管的方法。本发明中氧化钒220薄膜的制备方法不只限于直流反应磁控溅射技术，还包括射 频反应磁控溅射、电子束蒸发(EBE)、原子层沉积(ALD)、激光烧蚀沉积(Laer ablation), 金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)等业内所知的其它方法制备的氧化钒薄膜。采用磁 控溅射技术制备氧化钒220薄膜时，靶材不只限于金属钒，还包括钒的氧化物、及掺杂的钒 金属、掺杂的钒的氧化物等。
权利要求
一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗衬底，吹干后备用；②把事先制备好的未经功能化处理的原始碳纳米管放在烧杯当中，与有机溶剂混合，超声分散，然后，把分散液转移到经清洁处理的衬底的表面，使溶剂挥发，形成交错、互联的碳纳米管膜；③把步骤②得到的分散有碳纳米管的衬底放入抽为真空的反应器中，利用反应器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与管的间隙当中，退火，形成氧化钒-碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；⑤根据需要，依次重复碳纳米管分散、氧化钒沉积和退火步骤，形成氧化钒-碳纳米管多层复合膜结构。
2.一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗衬底，吹干后备用；②把事先制备好的碳纳米管放在烧杯中，先采用化学处理的方式，在碳纳米管的表面 引入官能团，经过过滤、洗涤和干燥步骤，获得功能化的碳纳米管，然后，把该功能化的碳纳 米管放在烧杯当中，与有机溶剂相混合，超声分散，再把分散液转移到经清洁处理的衬底的 表面，使溶剂挥发，形成交错、互联的碳纳米管膜；③把步骤②得到的分散有经功能化处理的碳纳米管的衬底放入抽为真空的反应器中， 利用反应器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与管的 间隙当中，退火，形成氧化钒-碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；⑤根据需要，依次重复碳纳米管分散、氧化钒沉积和退火步骤，形成氧化钒_碳纳米管 多层复合膜结构。
3.根据权利要求1或2所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在 于，在其步骤②中，把碳纳米管分散到衬底表面的方法为旋涂、或者是浸渍提拉法、喷涂法、 刷涂法、电沉积法、电泳、印刷移植当中的一种，当采用旋涂方法时，所用的分散液为乙醇、 或者是异丙醇、异丁醇、异戊醇、异己醇当中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在 于，在步骤②中所获得的碳纳米管横卧在衬底的表面、呈交错互联结构，碳纳米管为单壁或 多壁碳纳米管，碳纳米管的直径为1 50nm，碳纳米管的长度为50 30000nm。
5.根据权利要求2所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于， 在步骤②中，对碳纳米管进行功能化处理的方法为采用浓H2SO4与浓HNO3混合液、浓硝酸、 高锰酸钾、Fenton法处理当中的一种，在碳纳米管中引入-C00H、-C0H、或-CNH2官能团。
6.根据权利要求1或2所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在 于，在其步骤③中，氧化钒膜的制备方法为磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、金属有机化合物 化学气相沉积、激光烧蚀沉积、原子层沉积当中的一种；当采用磁控溅射方法时，所用的靶 材为金属钒、或钒的氧化物V0X，X满足X < `2. 5，所用的反应气体为氩气与氧气的混 合气、且氧气在混合气中的百分比为0. 2 20%，沉积温度为25 500°C。
7.一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，该薄膜是由一维碳纳米管和两维氧化钒薄膜复合而成的氧化钒-碳纳米管复合膜，作为微测辐射热计的热敏电阻材料以 及光吸收材料。
8.根据权利要求7所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，氧化钒_碳纳 米管复合膜内含有的氧化钒为非晶态、或晶态结构，氧化钒的分子式表示为V0X，其中，χ满 足 1. O 彡 χ 彡 2. 5，最佳为 x=l. 5,2. 0,2. 5。
9.根据权利要求7所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，所述的一维 碳纳米管分散在氧化钒当中，呈交错、或网状结构，碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，碳纳 米管的直径为1 50nm，碳纳米管的长度为50 30000nm，碳纳米管在复合膜中的重量含 量为 0. 1 98wt. %0
10.根据权利要求7所述的用于微测辐射热计的氧化钒薄膜，其特征在于，该复合膜 的厚度为5 1500nm，复合膜的薄膜方阻为100 Ω / □ 5ΜΩ / □，复合膜的电阻温度系数 为-0. 5 -4. 5% /K。
全文摘要
本发明公开了一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①清洗衬底，吹干后备用；②把事先制备好的原始、或已经功能化处理的碳纳米管放在烧杯当中，与有机溶剂混合，超声分散，然后，把分散液转移到经清洁处理的衬底的表面，使溶剂挥发，形成交错、互联的碳纳米管膜；③把步骤②得到的分散有碳纳米管膜的衬底放入抽为真空的反应器中，利用反应器生长一层氧化钒膜，所生长的氧化钒膜分散在碳纳米管的表面、以及管与管的间隙当中，退火，形成氧化钒-碳纳米管复合膜结构；④冷却至室温后，从反应器中取出；⑤根据需要，依次重复碳纳米管分散、氧化钒沉积和退火步骤，形成氧化钒-碳纳米管多层复合膜结构。
文档编号G01J5/20GK101886261SQ20101022251
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者何少伟, 吴志明, 周东, 杨书兵, 王志, 蒋亚东, 许向东 申请人:电子科技大学