本文選題：摻鈦氧化鋅壓敏陶瓷 + 摻鈦氧化鋅靶材��； 參考：《廣西大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：采用固相反應(yīng)法制備了摻鈦氧化鋅壓敏陶瓷和靶材。采用磁控濺射法制備了摻鈦氧化鋅(TZO)透明導(dǎo)電薄膜、n-TZO/p-Bi_2O_3和n-TZO/p-Bi_2O_3/n-TZO薄膜。采用正電子技術(shù)、XRD和SEM對(duì)材料的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。測(cè)量了不同TiO_2含量的ZnO基壓敏陶瓷的壓敏電壓、漏電流和非線性系數(shù),討論了 TiO_2含量對(duì)ZnO基壓敏陶瓷電性能和微結(jié)構(gòu)的影響。用霍爾效應(yīng)分析儀和物理性能測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)測(cè)試了 TZO透明導(dǎo)電薄膜的載流子濃度、霍爾系數(shù)和電阻率。用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)和PL譜儀測(cè)試了薄膜的透射光譜及發(fā)射光譜,計(jì)算了 TZO薄膜可見(jiàn)光的平均透過(guò)率和光學(xué)帶隙,探討了 TZO薄膜制備過(guò)程中靶材制備工藝、濺射工藝及退火工藝對(duì)TZO透明導(dǎo)電薄膜微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響。研究了n-TZO/p-Bi_2O_3及n-TZO/p-Bi_2O_3/n-TZO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)以及電學(xué)性能。得到如下主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果:(1)測(cè)試了不同TiO_2含量的ZnO基壓敏陶瓷正電子壽命譜及電性能。當(dāng)TiO_2含量低于1.8 mol%時(shí),壓敏陶瓷的正電子平均壽命隨TiO_2摻雜量的增加而降低,TiO_2含量為1.8 mol%的壓敏陶瓷中正電子平均壽命達(dá)到最小值。當(dāng)TiO_2摻雜含量高于1.8mol%時(shí),壓敏陶瓷的平均壽命隨TiO_2含量的增加而增加。且TiO_2含量為1.8mol%的壓敏陶瓷樣品具有較好的壓敏性能:較低的壓敏電壓VB,較低的漏電流IL和較高的非線性系數(shù)α。(2)靶材中TiO_2含量、靶材燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間對(duì)TZO透明導(dǎo)電薄膜的光電性能均有重要影響。不同靶材工藝制備的TZO薄膜均為C軸擇優(yōu)取向的多晶六角鉛鋅礦納米薄膜。以TiO_2含量為2.0wt%,燒結(jié)溫度為1300-1450℃,保溫時(shí)間為6小時(shí)獲得的摻鈦氧化鋅靶材所制備的TZO薄膜樣品在可見(jiàn)光區(qū)的平均透過(guò)率較高,達(dá)到了 91%;且具有較高的載流子濃度和較大的載流子遷移率,電阻率低至8.47×10-4Ω·cm;所有TZO薄膜電阻率會(huì)隨溫度發(fā)生改變,當(dāng)溫度從10K上升到350K,薄膜電阻率先下降然后上升,150k附近出現(xiàn)電阻率的最小值,表明此溫度下雜質(zhì)激發(fā)產(chǎn)生的載流子濃度達(dá)到飽和。(3)濺射壓強(qiáng)和濺射氣氛對(duì)TZO薄膜光電性能影響顯著。不同濺射工藝所獲得的薄膜樣品均為良好的C軸擇優(yōu)取向的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)多晶納米薄膜。利用高純氬氣濺射時(shí),當(dāng)濺射壓強(qiáng)為0.5Pa時(shí),薄膜結(jié)晶度好、比較平整致密、缺陷濃度少、平均晶粒尺寸較大,薄膜光電性能較好,可見(jiàn)光區(qū)平均透過(guò)率超過(guò)91%,電阻率低至4.13 ×10-4Ω·cm。有氧濺射制備的薄膜樣品在可見(jiàn)光區(qū)平均透過(guò)率較低(僅75%),光學(xué)帶隙較小,電阻率較高。且不同濺射氣氛制備的薄膜電阻率隨溫度變化的規(guī)律不同:當(dāng)溫度從10K升高到350K的過(guò)程中,無(wú)氧濺射的TZO薄膜電阻率隨溫度先降低然后升高;而有氧濺射的薄膜電阻率卻隨溫度的升高而下降。(4)退火氣氛對(duì)TZO薄膜光電性能有較大的影響。將TZO薄膜分別在氬氣、氮?dú)�、真空氣氛�?00℃退火40分鐘,薄膜結(jié)構(gòu)仍為C軸擇優(yōu)取向的多晶六角鉛鋅礦納米薄膜,結(jié)晶性能得到了改善,晶粒尺寸有所增加,薄膜表面更加平整致密;其可見(jiàn)光區(qū)透過(guò)率已達(dá)92%;電阻率達(dá)到了 3.32 X10-4Ω·cm,導(dǎo)電性能的提高主要由于薄膜在退火過(guò)程中缺陷回復(fù),減弱了缺陷對(duì)載流子的散射,從而大幅提高了載流子的遷移率,而其載流子濃度變化不大。氬氣中退火對(duì)光電性能改善的效果最佳。退火后的TZO薄膜的電阻率隨溫度變化規(guī)律仍然是隨溫度先降低后升高。(5)采用射頻磁控濺射法,在Au膜(或ITO膜)上分別制備了的n-TZO薄膜、p-Bi_2O_3 薄膜、n-TZO/p-Bi_2O_3 薄膜、n-TZO/p-Bi_2O_3/n-TZO 復(fù)合薄膜。TZO薄膜為電導(dǎo)率較好的n型薄膜,是C軸擇優(yōu)取向多晶納米薄膜;而Bi_2O_3膜為電導(dǎo)率較低的P型薄膜,具有明顯的沿著(201)晶面取向生長(zhǎng)的特點(diǎn)。n-TZO/p-Bi_2O_3電性能測(cè)試表明其具有pn結(jié)的伏安特性,其中ITO襯底上的雙層膜漏電流較小,pn結(jié)的伏安特性更加明顯。n-TZO/p-Bi_2O_3/n-TZO復(fù)合薄膜具有明顯的壓敏特性。比較n-TZO/p-Bi_2O_3(45min)/n-TZO和n-TZO/p-Bi_2O_3(30min)/n-TZO薄膜,前者的Bi2O層比后者的厚,前者的壓敏電壓和非線性系數(shù)比后者的大,前者的漏電流比后者的小。
[Abstract]:The microstructure and electrical properties of ZnO - based pressure - sensitive ceramics doped with Ti - doped zinc oxide ( TZO ) were studied by means of magnetron sputtering . The results were as follows : ( 1 ) The average life - span of ZnO - based varistor ceramics with different TiO _ 2 content was investigated . ( 3 ) The effect of sputtering pressure and sputtering atmosphere on the photoelectric properties of TZO thin films is remarkable . The films obtained by different sputtering processes have a good C - axis orientation . The n - TZO / p - Bi _ 2O _ 3 / n - TZO composite thin films were prepared by RF magnetron sputtering . The films of n - TZO / p - Bi _ 2O _ 3 and n - TZO / p - Bi _ 2O _ 3 / n - TZO composite films were fabricated on Au films ( or ITO films ) .
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.2

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本文編號(hào)：1972362