本文關鍵詞：釩氧化物熱敏電阻薄膜的制備與性能研究

  更多相關文章： 釩氧化物薄膜 直流磁控濺射 后退火 電阻溫度系數(shù)

【摘要】：本文以高純金屬釩作為濺射靶材,O_2作為反應氣體,用直流磁控濺射法結(jié)合后退火工藝制備可以用作非制冷紅外探測材料的釩氧化合物薄膜。實驗系統(tǒng)研究了直流磁控濺射過程中通入的氧氣與氬氣的流量比、沉積溫度、濺射時間、釩靶濺射功率以及鎢摻雜對釩氧化合物薄膜組織結(jié)構(gòu)和性能的影響,以及后續(xù)退火工藝中退火溫度、時間和真空度對薄膜相結(jié)構(gòu)、成分化合價、表面微觀形貌以及電學性能的影響,總結(jié)釩氧化物薄膜性能隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律,從而優(yōu)化薄膜的制備工藝,制備出方塊電阻R100kΩ/□,電阻溫度系數(shù)TCR2.5%/K,噪聲低的釩氧化物薄膜。文中用X射線衍射分析儀,X射線光電子能譜儀,掃描電子顯微鏡,原子力顯微鏡以及變溫電阻測試儀對薄膜的相結(jié)構(gòu)、成分化合價、表面微觀形貌以及電阻隨溫度的變化關系進行了表征。具體研究結(jié)果如下:(1)氧氬流量比對釩氧化物薄膜的電阻和電阻溫度系數(shù)(TCR)影響顯著,隨著氧氬流量比的增加,薄膜的電阻呈增大趨勢。O_2/Ar小于0.8/46時,薄膜的方塊電阻隨O_2/Ar的增加幾乎不變;O_2/Ar大于0.8/46時,薄膜的電阻隨O_2/Ar的增加而快速增加,O_2/Ar從0.8/46增加到1.1/46時,薄膜方塊電阻從70kΩ/□增加到10MΩ/□;薄膜的電阻溫度系數(shù)(TCR)隨O_2/Ar的增加呈現(xiàn)快速增加的趨勢,O_2/Ar從0.7/46增加到1.1/46時,薄膜的TCR從1.6%/K增加到2.6%/K;隨氧氬比的增加,所沉積的釩氧化物薄膜趨向于含有更高價態(tài)的釩離子;氧氬比對薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響較小。(2)沉積溫度對薄膜結(jié)構(gòu)影響較大。沉積溫度較低時,薄膜容易形成非晶態(tài),溫度相對較高時所沉積的薄膜部分顆粒呈柱狀生長;相比于沉積溫度較低的薄膜,沉積溫度較高的薄膜趨向于含有更多的低價釩離子;一定沉積溫度范圍內(nèi),沉積溫度對薄膜方塊電阻和TCR的影響較小,襯底溫度從室溫升到400℃,薄膜的電阻僅從800kΩ/□降低到400kΩ/□,TCR僅在2.3%/K-2.4%/K之間變化。(3)釩靶濺射功率對薄膜電阻和TCR的影響較大,隨著濺射功率的增加,薄膜電阻和電阻溫度系數(shù)均呈減小的趨勢;濺射功率從60w增加到100w時,薄膜的電阻從6MΩ/□降低到500kΩ/□,TCR由2.4%/K降低到2.05%/K;相比于較低功率沉積的氧化釩薄膜,較高功率沉積的薄膜趨向于含有更低價態(tài)的釩離子。(4)濺射時間對薄膜電阻、阻溫度系數(shù)、平均化合價以及微觀形貌的影響均較小。(5)鎢靶濺射功率增加到30w,薄膜釩/鎢摩爾比降低到3.94,薄膜的方塊電阻和TCR隨摻鎢量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,鎢靶濺射功率為20w時,薄膜的方塊電阻為7700kΩ/□;鎢靶濺射功率為30w時,薄膜的方塊電阻又下降到180kΩ/□;薄膜的平均化合價隨著摻鎢量的增加而降低,鎢靶濺射功率大小對薄膜微觀表面形貌沒有很大影響。(6)退火可以促使薄膜晶化,隨著退火溫度的升高、退火時間的延長和真空度的降低,薄膜電阻、平均化合價以及含氧量呈先降低后升高的趨勢;薄膜的晶化程度隨著退火溫度升高和退火時間延長均增加。經(jīng)工藝優(yōu)化得出制備釩氧化物熱敏電阻薄膜的最優(yōu)工藝參數(shù)如下:濺射工藝,O_2/Ar為1.2/46,沉積溫度為室溫,沉積時間為10min,濺射功率為80w,工作壓強為1pa;退火工藝,退火溫度為480℃,退火時間500s,退火壓強為2000pa。采用上述工藝所制備的薄膜為非晶和晶體V6O13的混合物,化合價以V4+和V5+為主,薄膜中釩與氧的摩爾比為O/V=4.196,薄膜厚度為99nm,方塊電阻為90KΩ/□,電阻溫度系數(shù)TCR可達到2.57%/K,適合用于測微輻射熱計。
【關鍵詞】：釩氧化物薄膜 直流磁控濺射 后退火 電阻溫度系數(shù)
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-24
• 1.1 引言13-14
• 1.2 釩氧化物熱敏電阻薄膜的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 釩氧化物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)17-21
• 1.3.1 二氧化釩晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)19-20
• 1.3.2 五氧化二釩晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)20-21
• 1.3.3 三氧化二釩晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)21
• 1.4 釩氧化物薄膜的制備方法21-23
• 1.4.1 濺射法21-22
• 1.4.2 脈沖激光法22
• 1.4.3 溶膠凝膠法22
• 1.4.4 真空蒸發(fā)法22-23
• 1.5 研究內(nèi)容與選題意義23
• 1.6 本章總結(jié)23-24
• 第2章 釩氧化物薄膜原材料設備及制備原理24-31
• 2.1 實驗材料及設備24-25
• 2.1.1 實驗材料24
• 2.1.2 實驗設備及性能表征設備24-25
• 2.2 實驗步驟及內(nèi)容25-26
• 2.2.1 實驗步驟25
• 2.2.2 實驗內(nèi)容25-26
• 2.3 磁控濺射及薄膜生長基本原理26-29
• 2.3.1 磁控濺射基本原理26-27
• 2.3.2 薄膜的沉積原理27-29
• 2.4 薄膜性能表征及原理29-30
• 2.4.1 X射線衍射分析29
• 2.4.2 X射線光電子能譜分析29
• 2.4.3 薄膜表面形貌分析29-30
• 2.4.4 薄膜電學性能的測試30
• 2.5 本章總結(jié)30-31
• 第3章 不同濺射工藝對薄膜性能的影響31-53
• 3.1 不同氧氬比對薄膜性能的影響31-36
• 3.1.1 氧氬比對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響31
• 3.1.2 氧氬比對薄膜成分及價態(tài)的影響31-33
• 3.1.3 氧氬比對薄膜表面形貌的影響33-34
• 3.1.4 氧氬比對薄膜電學性能的影響34-36
• 3.1.5 小結(jié)36
• 3.2 不同襯底溫度對薄膜性能的影響36-41
• 3.2.1 襯底溫度對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響36-37
• 3.2.2 襯底溫度對薄膜成分及價態(tài)的影響37-38
• 3.2.3 襯底溫度對薄膜表面形貌的影響38-40
• 3.2.4 襯底溫度對薄膜電學性能的影響40-41
• 3.2.5 小結(jié)41
• 3.3 沉積時間對薄膜性能的影響41-45
• 3.3.1 沉積時間對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響42
• 3.3.2 沉積時間對薄膜成分及價態(tài)的影響42-43
• 3.3.3 沉積時間對薄膜表面形貌的影響43-44
• 3.3.4 沉積時間對薄膜電學性能的影響44-45
• 3.3.5 小結(jié)45
• 3.4 釩靶濺射功率對薄膜性能的影響45-48
• 3.4.1 釩靶濺射功率對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響45-46
• 3.4.2 釩靶濺射功率對薄膜成分及價態(tài)的影響46-47
• 3.4.3 釩靶濺射功率對薄膜表面形貌的影響47-48
• 3.4.4 釩靶濺射功率對薄膜電學性能的影響48
• 3.4.5 小結(jié)48
• 3.5 鎢摻雜對釩氧化物薄膜性能的影響48-52
• 3.5.1 鎢靶濺射功率對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響49
• 3.5.2 鎢靶濺射功率對薄膜成分及價態(tài)的影響49-50
• 3.5.3 鎢靶濺射功率對薄膜表面形貌的影響50-51
• 3.5.4 鎢摻雜對薄膜電學性能的影響51
• 3.5.5 小結(jié)51-52
• 3.6 本章總結(jié)52-53
• 第4章 不同的退火工藝對薄膜的影響53-67
• 4.1 退火溫度對薄膜性能的影響53-58
• 4.1.1 退火溫度對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響53-54
• 4.1.2 退火溫度對薄膜成分及價態(tài)的影響54-56
• 4.1.3 退火溫度對薄膜表面形貌的影響56-57
• 4.1.4 退火溫度對薄膜電學性能的影響57-58
• 4.1.5 退火溫度對薄膜TCR的影響58
• 4.1.6 小結(jié)58
• 4.2 退火時間的薄膜性能的影響58-63
• 4.2.1 退火時間對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響59
• 4.2.2 退火時間對薄膜成分及價態(tài)的影響59-61
• 4.2.3 退火時間對薄膜表面形貌的影響61-62
• 4.2.4 退火時間對薄膜電學性能的影響62-63
• 4.2.5 退火時間對薄膜TCR的影響63
• 4.2.6 小結(jié)63
• 4.3 退火真空度對薄膜性能的影響63-66
• 4.3.1 退火真空度對薄膜相結(jié)構(gòu)的影響63-64
• 4.3.2 退火真空度對薄膜成分及價態(tài)的影響64-65
• 4.3.3 退火真空度對薄膜電學性能的影響65-66
• 4.4 本章總結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-74
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單74-75
• 致謝75

【相似文獻】

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本文編號：938793