Исследование влияния материала подложки на структуру функциональных тонких пленок диоксида ванадия, полученных при помощи реактивного магнетронного распыления для применения в современных ИК-датчиках и СВЧ-переключателях

В ходе работы над первым этапом проекта разработан метод синтеза, позволяющий получать поликристаллические тонкие (толщиной 100-200 нм) плёнки VO₂, обладающие высокой амплитудой перехода металл-диэлектрик (отношением сопротивлений в диэлектрическом и металлическом состояниях Rs/Rm) на различных типах подложек. Предложенный метод синтеза позволил получить плёнки VO₂ с амплитудами перехода в 2000, 1300 и 800 на подложках поли-, монокристаллического Al₂O₃ и кварца (SiO₂) соответственно. Для синтеза тонких плёнок применяется высокочастотное магнетронное распыление мишени из металлического ванадия в кислородно-аргоновой газовой смеси. Синтезированные плёнки подвергаются отжигу при температуре 720°С в нейтральной атмосфере. Отжиг позволяет добиться изменения стехиометрии, получив плёнку, близкую по составу к VO₂, и осуществить рекристаллизацию плёнки, что на порядок увеличивает амплитуду перехода за счёт роста размеров кристаллитов и связанного с этим уменьшения внутренних напряжений в плёнке. Проведённые исследования структуры и фазового состава напыляемых плёнок при помощи сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния позволили определить оптимальные параметры синтеза: концентрацию кислорода в газовой смеси, расстояние мишень-подложка, электрическое смещение на подложке, температуру подложки при напылении, а также температуру и время фазообразующего отжига. Полученные плёнки были использованы в качестве активного элемента при создании управляемой частотно-селективной поверхности (ЧСП) для СВЧ диапазона. Топология ЧСП разработана при помощи электродинамического моделирования. Для создания ЧСП реализован технологический процесс фотолитографии, позволяющий получать структуры большой площади (400 см²) на гибкой полиимидной подложке. Управление частотным откликом ЧСП осуществляется путём изменения её температуры. Когда VO₂ находится в диэлектрическом состоянии (при комнатной температуре), ЧСП представляет собой полосовой фильтр с центральной частотой 8 ГГц и полосой пропускания по уровню 3 дБ в 4,83 ГГц. Когда VO₂ находится в металлическом состоянии (при 80 °С), ЧСП является отражателем: во всей измеренной полосе частот (2-18 ГГц) коэффициент отражения составляет -2,2 дБ.