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Mn-Co-Ni-(Mg/Al)-O系热敏薄膜的磁控共溅射法制备及其电学性能研究

文献类型:学位论文

作者轩婷婷
答辩日期2020-08-22
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师常爱民
关键词磁控共溅射 热敏薄膜 溅射功率 阳离子分布 电学性质
学位名称硕士
学位专业材料工程
英文摘要

尖晶石结构的Mn-Co-Ni-O基材料具有优异的热敏特性及高稳定性已被广泛应用于负温度系数(NTC)热敏电阻器件。近年来,随着电子信息技术发展,人们对温度传感器的微型化及智能化的要求也越来越高。为了满足电子元器件向微型化、集成式发展的需求,具有小尺寸、易集成的特点的热敏薄膜材料成为热敏电阻器件领域的研究热点。磁控共溅射技术是制备薄膜的一种重要手段,可以通过调控两个靶材的溅射功率,实现薄膜中元素含量的控制。为了研究热敏薄膜中阳离子含量对薄膜性能的影响,同时提高薄膜的制备效率,本文采用双靶直流磁控共溅射技术,通过调控靶材的溅射功率,制备Mn-Co-Ni-(Mg/Al)-O系热敏薄膜。采用XRD、SEM、XPS、阻温测试等分析方法表征所制备的热敏薄膜,系统研究了溅射功率对热敏薄膜的结构形貌、阳离子分布及电学性质的影响。本文的主要工作如下:1.采用MnCo2靶和Ni靶共溅射,分别调控MnCo2靶和Ni靶的溅射功率,制备一系列Mn-Co-Ni-O热敏薄膜。薄膜的Ni2+含量随着MnCo2靶溅射功率的增大而减少,随Ni靶溅射功率的增大而增多。在MnCo2靶溅射功率为40W,Ni靶功率为5W时,薄膜的表面晶粒均匀致密,且室温电阻值最小。在MnCo2靶功率为20W,Ni靶功率为5W,以及MnCo2靶功率为40W,Ni靶功率大于10W时,薄膜生成MnNi2O4/NiMn2O4第二相,薄膜电阻值明显增大。Ni2+的掺入使薄膜样品的B值明显减小,在MnCo2靶功率为40W,Ni靶功率为15W时,薄膜有最小B值(3051K)。2.采用Mn1.2Co1.5Ni0.3靶与Mg靶共溅射,调控Mg靶溅射功率,制备Mn-Co-Ni-Mg-O薄膜。薄膜样品中生成MgSiO3第二相,且表面不致密,这是由于Mg活泼性强,在退火升温过程中易与衬底Si发生反应造成的。随着Mg靶溅射功率的增大,薄膜样品的电阻值逐渐增大。在800、900℃退火后得到的无杂相MgO薄膜种子层上制备Mn-Co-Ni-O薄膜,由于MgO薄膜表面不平整,使得Mn-Co-Ni-O薄膜表面出现晶粒团聚现象。其电阻值及B值明显大于Si衬底上的Mn-Co-Ni-O薄膜,且与Si衬底上的Mn-Co-Ni-Mg-O薄膜相接近,这表明MgO种子层中的Mg2+扩散至Mn-Co-Ni-O晶格中,从而形成了Mn-Co-Ni-Mg-O薄膜。3.采用Mn1.2Co1.5Ni0.3靶与Al靶共溅射,通过调控Al靶的溅射功率,制备出一系列Mn-Co-Ni-Al-O薄膜。所有薄膜表面平整致密,结晶性良好且无第二相生成。薄膜中的Al3+含量随着Al靶的溅射功率的增大而增多,Al3+会首先取代晶格中的Mnn+,随后取代Co2+,最后取代Ni2+。在Al靶的溅射功率为15W时,薄膜有最大的材料常数值4112K和最低的载流子浓度2.46×1014 cm-3。

源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/7461]  
专题新疆理化技术研究所_材料物理与化学研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
轩婷婷. Mn-Co-Ni-(Mg/Al)-O系热敏薄膜的磁控共溅射法制备及其电学性能研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2020.

入库方式: OAI收割

来源:新疆理化技术研究所

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