锰钴镍氧化物薄膜的制备、表征和器件研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 葛玉建 |
| 答辩日期 | 2009-01-05 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 褚君浩 |
| 关键词 | 锰钴镍氧化物薄膜 负温度系数电阻 光学常数 探测率 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 过渡金属锰钴镍氧化物是一种具有半导体性质的热敏材料，具有宽广的光谱响应、很高的温度电阻系数(TCR)、适当的电阻值、可以在很大的温度范围内正常工作和其性能长期稳定等优异特点，从而成为一种制作负温度系数(NTC)电阻器件的材料被广泛地应用在商业，航空航天方面。锰钴镍合成的传统工艺，是将锰、钴和镍三种元素的氧化物按照一定比例均匀混合、经过高温烧结工艺合成，其烧结温度约为1050~1200℃。这一制备温度条件使得锰钴镍材料不能和现代硅工艺的微加工技术（EMES）相结合。而且，体材料存在稳定性和重复性差。近年来，MEMS工艺的发展要求热敏电阻小型化，以及非制冷红外焦平面的发展，使得薄膜材料是发展热敏的必然趋势。为了扩大锰钴镍材料的应用范围，比如在非制冷焦平面方面的应用，制备出性能优异的锰钴镍薄膜材料是十分必要的。基于现状，本论文研究了化学溶液法制备Mn1.56Co0.96Ni0.48O4（MCN）薄膜的制备工艺，探索最佳制备条件；对MCN薄膜的光学电学性能做了系统的研究；将制备出的MCN薄膜制作成单元器件，尝试性对MCN薄膜单元器件进行了一些基本参数测试。获得了如下一些结果：(1) 使用化学溶液法在Si、Al2O3、 衬底上制备出Mn1.56Co0.96Ni0.48O4（MCN）多晶薄膜，找到了一套比较成功的制备工艺。并研究了退火温度对MCN薄膜结晶情况的影响。得出当退火温度为500℃时，MCN薄膜已经是多晶薄膜。这一温度与传统的工艺MCN材料的合成温度~1050-1200℃相比，降低了很多。500℃结晶温度允许我们采用的化学溶液法生长MCN薄膜这一工艺和当代成熟的半导体加工工艺相结合，为MCN薄膜作为制备红外焦平面探测器材料找到了一种可行的制备工艺。并且，随着退火温度升高，薄膜结晶性变的更好。(2) 对MCN薄膜进行了红外椭圆偏振光谱测量，测得了一系列不同退火温度、不同厚度的MCN薄膜的椭圆偏振光谱。对光谱进行处理，得到了MCN (Mn1.56Co0.96Ni0.48O4)薄膜在中红外区的光学常数。并发现，MCN薄膜的光学常数，在中红外区薄膜折射率随波长的增加而减少，消光系数随波长的增大而增大；折射率随退火温度升高而减小，消光系数随退火温度升高而增大；MCN薄膜折射率随厚度增加而减小，MCN薄膜的消光系数随厚度增加而增加。(3) 对MCN薄膜进行了近红外可见椭圆偏振光谱测量，测得了一系列不同退火温度、不同厚度的MCN薄膜的椭圆偏振光谱。对光谱进行处理，得到了MCN (Mn1.56Co0.96Ni0.48O4)薄膜在近红外可见区域的光学常数。并发现，MCN薄膜的光学常数，在近红外和可见区域薄膜折射率随着波长的增加而增加，消光系数随着波长增加而减少；折射率随退火温度升高而减小，消光系数随退火温度升高而增大；MCN薄膜折射率随厚度增加而减小，MCN薄膜的消光系数随厚度增加而增加。(4) 对MCN薄膜材料进行了中红外波段的傅立叶变换透射光谱测量，测得了测得了一系列不同退火温度、不同厚度的MCN薄膜的傅立叶变换透射光谱。并通过拟合数据初步确定了这一材料的光学禁带宽度大概为500 meV。(5) 对MCN薄膜材料进行了一些电学测量，得到了用化学溶液法生长在Al2O3衬底上的生长的MCN薄膜在温度295 K 时，材料电阻 B常数为2980 K。根据TCR定义式， ，可以计算出，在温度295 K 时，TCR值为 = -3.4% 。在Si衬底上的生长的MCN薄膜在273K时， 材料电阻常数B常数为3546 K；TCR值为 = -4.6% 。(6) 对用MCN薄膜材料制作的红外热敏单元器件进行了一些特征参数测试，测得调制频率在10 Hz时，MCN薄膜单元器件的探测率 约为 ；MCN薄膜单元器件的噪声等效功率为 。时间常数为60－70 ms。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-08-14 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4684]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 葛玉建. 锰钴镍氧化物薄膜的制备、表征和器件研究[D]. 中国科学院研究生院. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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