二氧化钒薄膜测试研究(3)

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表2 VO2薄膜的主要物理参量

1.3 氧化钒薄膜的应用领域

虽然人们在一些原理上对氧化钒薄膜材料的研究还存在疑问，但是广泛认可了其相变性质的优越性。在不断进步的技术手段驱使下，美国等发达国家已在通信、军事、环保等非常多的领域应用到了氧化钒材料，并且显示出其卓越的商业价值和巨大的应用潜力。其中氧化钒材料借助薄膜的形式，在很大程度上拓展了自身的应用领域，在光学、电子学等方面将其与MEMS技术、半导体工艺技术相结合，开辟了很多全新的应用领域。最近几年，人们对电致变色的关注和研究越来越广泛。如果可实现在微小电压信号的作用下，引起光密度发生连续可逆且持久的变化，这个特性作为高能效的“灵巧窗” 可应用在宇宙飞船观察窗、汽车挡风玻璃、建筑幕墙等，亦可作为无视角变化的非辐射显示器。此外，还可用作汽车等防旋光倒视反射镜以及各种热发射调节表面等[6]。

氧化钒材料作为过渡金属氧化物，它的用途极为广泛，在红外传感器、光学存储记录、光学调制等方面应用到了VO2材料。用 Fe2O3和VO2薄膜掺杂制做的温度探测器，可记录在 18℃到 60℃之间温度的变化值，利用这一特性，对温度的升高过程进行存储，在防火和温度控制方面可以得以利用。V2O3被用在化工、电子、冶金等领域；而 V2O5则被广泛应用于电致变色及各种化学反应的催化剂，同时由于 V2O5具有良好的电化学性能，越来越多地应用于高能量密度的锂电池当作阴极材料。根据相关文献表明，对于 α-WO3薄膜结合以Li—为传导的电致变色固体材料或者器件，锂离子存储材料是缺少的，而 V2O5薄膜具有弱阴极电致变色性能，可能是被选锂离子存储材料中最有实际应用价值的[7]。近年来，如二氧化硅等光谱选择发射材料，当在金属衬底表面上沉积时，利用在大气窗口光谱范内，它的高红外发射的特性，可以将 SSRM 表面的温度降低到环境温度之下。掺入 V2-xWxO2在金属衬底和 SiO2之间，所以要想使 SSRM的表面温度恒定在相变温度附近，就需要通过调整 x，将 V1-xWxO2材料的相变温度调节至低于周围的环境温度。

1.3.1非制冷红外探测器

红外探测器的定义为，可以将红外辐射量转变成电参量的变换装置。红外探测器是跟据红外辐射的热电效应或光电效应进行探测的一类重要的器件，也是红外热成像系统中的核心部件。

图1 常见的各种红外探测器

微测辐射热计型红外探传感器的工作原理是，利用具有热敏特性的敏感材料或器件，在温度变化时，热敏电阻效应导致其电阻值随温度而变化。电阻值随温度变化的程度决定于材料的电阻温度系数(TCR)。氧化钒薄膜材料具有相变特性，在相变点附近，它的电阻值可以发生几个数量级的变化，所以，如果通过工艺条件的调整而将氧化钒薄膜的相温度降低至室温附近，则可以有效提高氧化钒薄膜对热效应的灵敏度[8]。红外探测器工作时，将一定的偏置电压加在热敏电阻两端，则热敏电阻单元接收到的红外辐射时，可以使它的电阻值发生改变，从而电流的产生相应的变化，最后由读出电路将信号采集。

20世纪90年代，随着技术的突破，人们在非制冷红外探测器用焦平面阵列技术上取得了巨大的飞跃。经过多年的发展，由第一代的有限单元红外探测器，迅速发展到第二代的红外焦平面阵列成像技术。因为氧化钒薄膜制备与硅集成电路工艺兼容以及具有较高的电阻温度系数(TCR)等优点，氧化钒薄膜红外敏感单元能够与硅集成电路结合，制作焦平面阵列探测，并应用在微测辐射热计中，由此获得可应用于非制冷红外焦平面阵列技术的VOx微测辐射热计单元。其中，薄膜制备技术、微加工技术和集成电路工艺，在该技术中完美地结合，不仅实现了器件单片集成，同时摆脱了制冷带来的麻烦，因此，它是红外探测技术在未来的重要发展方向。