锰钴镍铜氧化物薄膜光电性质研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张琰 |
| 答辩日期 | 2012-05-18 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 黄志明 ; 侯云 |
| 关键词 | 锰钴镍铜氧化物薄膜 负温度电阻系数 特征温度 活化能 光学常数 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 含锰尖晶石结构过渡金属氧化物具有显著的负温度系数特性（Negative Temperature Coefficient，简称为NTC），即材料的电阻率随温度的升高而迅速下降。采用这种材料制成的热敏元件灵敏度高且价格低廉，在温度测量、温度控制、温度补偿及抑制浪涌电流等方面得到广泛应用。热敏材料通常采用室温（25℃）下的电阻值和热敏常数B表征，其中B与活化能Ea之间的关系可表示为B=Ea/k，k是波尔兹曼常数。最常用的NTC热敏材料一般由Mn，Co，Ni，Fe，Cu等过渡金属元素的氧化物构成，如Mn-Ni-O，Mn-Ni-Co-O，Mn-Ni-Cu-O，Mn-Co-Cu-O和Mn-Co-Ni-Cu-O等。含铜体系因其电阻率低的优点而在抑制浪涌电流元件的应用中备受青睐。合成此类材料的传统工艺，是将锰、钴、镍和铜元素的氧化物按照一定比例均匀混合后进行高温烧结，烧结温度约为1050~1200℃。制备出的体材料表面疏松多孔，其性能的稳定性和重复性较差。近年来，基于薄膜技术的发展，Mn-Co-Ni-Cu-O基薄膜材料的制备技术日益获得研究人员的关注。使用金属有机气象沉积法制备出的此类薄膜材料结构致密均匀，已被广泛应用于材料物理性质，包括电学、磁学和光学性质方面的研究。本论文采用化学溶液沉积法在750℃下制备出一系列Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4薄膜材料，并就其结构、电学、光学性质进行了以下几个方面的研究工作：（1）Co/Cu含量比对Mn-Co-Ni-Cu-O基系列薄膜晶体结构的影响。通过X-ray衍射、场发射扫描电镜等手段，研究生长在无定形Al2O3衬底上不同Co/Cu含量比的Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4薄膜材料的晶体结构。研究发现Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4薄膜均呈现单一的立方尖晶石结构，但其优先生长方向与Co/Cu含量比值有明显关系；Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4（x=0,x=0.05,x=0.10,x=0.15, x=0.20,x=0.25）六种薄膜材料的表面形貌亦不相同。结合XRD及SEM表面图分析出表面形貌变化的原因。（2）Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4系列材料电学性质表征。对六种组分的材料进行电学性质测量，得到了用化学溶液沉积法生长在Al2O3衬底上的薄膜材料的变温I-V曲线。由曲线斜率得出不同温度下材料的电阻值。根据TCR定义式，α=1/R•dR/dT，求出其在295 K下的负温度电阻系数α。通过拟合曲线ln(ρ/T )~1/T，由其斜率求出材料的特征温度T0，再根据活化能公式， ，kB为波尔兹曼常数，求出此系列薄膜材料的活化能。结果表明，随着Cu组分的增加，材料的特征温度、活化能及温度电阻系数均下降。295 K下的α值由-4.12% K-1变为-3.29% K-1。（3）Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4系列薄膜光学性质研究。通过傅里叶红外光谱仪测试了在Al2O3衬底上生长的Mn1.56Co(0.96-x)Ni0.48CuxO4系列薄膜在1-2.7 um波段的近红外透射谱性质，结合通过椭偏光谱测量拟合出的消光系数k，计算材料的吸收系数。通过吸收系数及能量的关系图，初步确认材料的禁带宽度；通过可见-近红外椭偏光谱仪获得了此系列材料在400-1700 nm波段的光学常数，根据不同组分对应的阳离子分布情况，利用Material Studio中的CASTEP模块及DMol3模块对六种组分的材料进行第一性原理计算，由材料的态密度分布图初步指认各消光系数峰。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5502]  |
| 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 | 张琰. 锰钴镍铜氧化物薄膜光电性质研究[D]. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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