工艺参数、退火温度对钽氮化物薄膜生长速率、相结构及电学性能的影响

钽氮化物(TaNx)因其优秀的物理、化学稳定性及低电阻温度系数(TCR)等特性被广泛运用于薄膜电阻材料。采用反应磁控溅射设备在Si(100)基片上制备钽氮化物(TaNx)薄膜,通过调节不同溅射参数,对比研究了氩氮总流量、氮气含量、溅射功率等条件对薄膜的影响。通过台阶仪、XRD、电学测试等方式表征其薄膜沉积速率、薄膜结构、TCR及电阻率,并总结其影响规律。实验结果表明,薄膜溅射过程中氩氮总流量、氮气含量、溅射功率等工艺参数均会对TaNx薄膜沉积速率产生明显影响;同时工艺参数还会直接改变薄膜的物相结构,影响薄膜结晶质量,从而带来薄膜TCR与电阻率的变化。此外,通过调节退火温度,探究了真空退火温度对薄膜性质的改变规律,并通过SEM表征薄膜形貌。实验结果表明,退火有效提高了薄膜晶粒尺寸,促进了薄膜二次结晶;退火温度的上升使得TaN(111)相强度增大,并在达到300℃后出现TaN(200)相与TaN(111)相;随着退火温度提高,薄膜电阻率呈上升趋势,薄膜TCR的绝对值先减小后增加,在退火温度达到800℃时,膜层出现明显开裂。研究结果表明,通过控制调整制膜工艺可改善TaNx电阻薄膜的沉积速率、物相结构与电学性能。

LaCaSrMnO_3薄膜性能的实验研究

利用PLD方法,在倾斜LaAlO3单晶衬底上镀制了LaCaSrMnO3薄膜。对该薄膜进行了LITV信号测量,表明其LITV信号上升沿和脉冲宽度都比LCMO薄膜小,可以用来制作更快响应的光探测器件;对该薄膜进行了R-T关系测量,其金属—绝缘体转变点为313K。

用于微测辐射热探测器的纳米VO_2薄膜

用离子束溅射和后退火工艺制备了一种适用于微测辐射热探测器热敏材料的新型纳米结构二氧化钒(VO_2)薄膜材料,薄膜具有平均粒度8 nm,在半导体相区具有电阻温度系数(TCR)为-7%/K,性能高于传统的VO_2材料(平均粒度为1-2μm,在半导体相区具有TCR约为-2%/K).基于纳米结构的VO_2薄膜材料的器件比基于传统的VO_2薄膜材料具有更高的性能,而两者的噪声基本相当.

射频磁控溅射制备氧化钒薄膜的研究

氧化钒(VOx)薄膜是一种广泛应用于红外热成像探测的薄膜材料,研究VOx薄膜的制备工艺、获取高电阻温度系数(TCR)的VOx薄膜具有重要意义。以高纯金属钒作靶材,采用射频磁控溅射的方法在室温下制备了VOx薄膜。主要研究了氩氧流量比以及功率等工艺参数对薄膜TCR的影响,获得了较好的工艺参数。采用万用表和X射线光电子能谱仪(XPS)分别测试了不同条件下射频磁控溅射法制备的VOx薄膜的电阻特性和薄膜成分,测试结果表明,采用所获得的较好工艺参数制备的VOx薄膜TCR值大于1.8%。

膜厚对多晶硅纳米薄膜压阻温度特性的影响

重掺杂多晶硅纳米薄膜具有良好的压阻温度特性,用它制作高温压阻式传感器灵敏度高、成本低,具有广阔的应用前景.为优化多晶硅纳米薄膜的压阻温度特性,本文采用低压化学气相淀积(LPCVD)技术制作了不同膜厚(30～250 nm)的多晶硅薄膜,分别测试了应变系数、薄膜电阻率与工作温度的关系.利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射实验(XRD)对薄膜进行了表征,在此基础上结合隧道压阻模型分析了膜厚对多晶硅薄膜压阻温度特性的影响,结果表明,对于淀积温度620℃、掺杂浓度2.3×1020 cm-3的多晶硅纳米薄膜,膜厚的最佳值在80 nm厚左右.

红外微测辐射热计用纳米氧化钒薄膜的制备和性能研究

具有优异热敏性能的氧化钒薄膜材料是红外测辐射热计的首选热敏电阻材料,合适的薄膜电阻及高温度电阻系数的氧化钒薄膜的制备是实现高探测率红外测辐射热计的保证．利用新型对靶反应磁控溅射工艺制备了具有纳米颗粒的氧化钒薄膜材料,确定了最佳工艺参数．对其组成、结构和性能进行了分析,原子力显微镜AFM形貌分析表明薄膜具有均匀致密的表面,X射线光电子能谱分析XPS确定了其组成成分主要为V_2O_5、VO_2和少量的V_2O_3．在常用作微测辐射热计结构层材料的氮化硅基底上,该薄膜材料在室温附近具有合适的薄膜电阻(大约为每方14 kΩ)以及高的温度电阻系数(-3．17%/℃),有望适用于非致冷红外测辐射热计探测器．

Cu掺杂对TaN薄膜的电性能影响研究

采用反应直流磁控溅射法在镍锌铁氧体基片上制备Cu掺杂的TaN薄膜。通过调节氮流量,研究了不同氮流量下Cu掺杂对TaN薄膜电性能的影响。由XRD结果可见,TaN薄膜中掺杂Cu可在2θ=54°出现Cu3N相,在2θ=57°出现CuN6相。氮流量的增加造成的结果:Cu掺杂的TaN薄膜厚度逐渐减小,薄膜的方阻和电阻温度系数(TCR)绝对值均增加。与无Cu掺杂的TaN薄膜的方阻和TCR作了比较,发现TaN薄膜掺杂Cu可有效改善薄膜的方阻和TCR。

固相法和共沉淀法制备La_(2/3)Sr_(1/3)MnO_3:Ag_x多晶材料性能比较

分别采用固相法和共沉淀法工艺制备了不同Ag掺杂量的La2/3Sr1/3MnO3∶Agx(LSMO∶Agx,x为摩尔百分比,x=0.00、0.10、0.20、0.30、0.40)多晶材料,通过XRD和R-T对La2/3Sr1/3MnO3∶Agx材料的结构和性能进行测试分析。XRD分析结果表明,系列样品为正交菱面体结构,没有出现Ag元素的峰,这与Ag在高温烧结时的挥发有关;随着组分x的增加,固相法系列样品晶胞体积呈无规律膨胀,而共沉淀系列样品晶胞体积呈增大趋势,这可能是由于固相法系列样品的粒径较大且不均匀,导致LSMO∶Agx晶格有较多的缺陷使晶胞体积发生膨胀,而共沉淀系列样品的粒径较小且均匀,Ag+进入晶格替代Ag位的La3+或Sr2+,引起晶胞体积发生微小膨胀。R-T分析结果表明,相对于同一组分x,共沉淀比固相法系列样品有更低的电阻率及更高的TCR值,Ag掺杂能有效改善LSMO材料的电阻率及TCR;共沉淀系列样品Ag掺杂对LSMO材料电阻率及TCR调制作用更明显。

磁控溅射法制备镍热敏薄膜的工艺研究

为了提高用作红外探测器敏感材料的镍膜的性能,采用直流磁控溅射的方法在载玻片上制备测辐射热计的热敏感薄膜-镍膜,靶材选用高纯镍(99.99%).采用四探针电阻特性测试仪测试了所制备的镍热敏薄膜在不同温度下的方块电阻,根据测试曲线计算薄膜的电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance,TCR).研究了工作气压、氩气流量以及溅射功率对镍膜TCR的影响.实验研究表明,当溅射功率为225W,工作气压为1Pa,氩气流量为120sccm,溅射时间为3min时,制备出的镍膜方阻为2.9Ω/□,TCR为2.3×10-3/K.

原位氧化硅钝化层对氧化钒薄膜光电特性的影响

氧化硅(SiOx)原位钝化层对氧化钒(VOx)薄膜电学特性的影响分析旨在改善像元微桥结构的光学吸收特性,提高热敏VOx薄膜层的方阻和电阻温度系数(TCR)稳定性。采用离子束溅射沉积50 nm VOx薄膜后,紧接着沉积30 nm SiOx钝化层。通过原位残余气体分析仪(RGA)和衬底温度控制,调节氧化钒薄膜中的氧含量,分析了VOx单层膜、SiOx/VOx双层膜的电学特性随工艺温度的变化规律,原位残余气体分析仪(RGA)和150℃加温工艺提高了VOx热敏层薄膜的方阻和电阻温度系数稳定性。

溶胶-凝胶法制备La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3:Ag_x多晶材料及其性能

采用溶胶-凝胶法制备La0.67Sr0.33Mn O3∶Agx(LSMO∶Agx,x为摩尔百分比,x=0,0.04,0.08,0.10,0.20)多晶材料。通过XRD和R-T对LSMO∶Agx多晶材料的结构和性能进行分析。结果表明:在950、1050℃烧结的样品具有良好的单相结构。1050℃烧结时,Ag进入晶格替换A位La3+或Sr2+,使晶胞发生畸变、晶胞体积增大。Ag掺杂明显降低了样品电阻率,950℃烧结的Ag掺杂样品的电阻率降低了近两个数量级。提高烧结温度有助于改善LSMO材料的Tp和TCR。烧结温度由950℃变化到1050℃时,x=0样品的Tp增加了将近10 K,x=0.04样品的TCR从0.09%K-1上升到0.50%K-1。Ag掺杂能有效改善LSMO材料的电学性能。

用于MEMS非致冷红外传感器的氧化钒工艺

基于VOx的非致冷红外传感器是当前MEMS的研究热点。VOx的制作是关键工艺,而VOx多价态共存,优化工艺以提高VO2在VOx中的比例、制备高性能的VOx薄膜为核心技术。采用直流磁控溅射法,对量产型PVD机台进行了技术改造,在溅射过程中用电压同时控制靶材溅射速率和氧气流量,少量的氩气充当靶材的保护气体。溅射完成后在350℃下退火约3h以降低噪声和残余应力。经测试,得到的氧化钒薄膜电阻温度系数(TCR)的绝对值大于2.8%/K,EDX分析得V和O的原子数比约为1∶1.8,像元均匀性优于5%,封装后样品等效噪声温差小于100mK,并给出了384×288阵列样品的红外成像效果图。结果表明:采用的方法有助于实现相关成像阵列的量产化。

PLD法制备ITO导电薄膜及其性能

为了研制可用于高温环境下进行应变测量的应变层,采用脉冲激光沉积(PLD)法在陶瓷基底上制备了氧化铟锡(ITO)薄膜。研究了PLD法中不同基底温度对ITO薄膜显微结构、电学性能以及阻温特性的影响。采用X射线衍射仪(XRD)测试了薄膜的晶体结构,通过四点探针测量法测得薄膜的薄层电阻,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜进行表面形貌分析。结果发现制备的ITO薄膜呈现出体心立方(BCC)结构,且沿(222)晶面优先生长,薄膜的晶粒尺寸随着基底温度的升高而增加,ITO薄膜的电学性能受基底温度的影响显著,电阻率随着衬底温度的升高而降低。最后,搭建测试平台在25~1050℃内测试了不同基底温度下制备的ITO薄膜的电阻温度系数(TCR)。结果表明,ITO薄膜的电阻温度系数随基底温度的升高而降低,在基底温度为600℃下制备的ITO薄膜具有最小的TCR值,为-259.575×10^(-6)℃^(-1)。

退火工艺对磁控溅射生长的Pt薄膜微观结构及电性能的影响

铂(Pt)是温度传感器常见的敏感材料。为了改善退火工艺提高Pt薄膜的电学特性,采用射频磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了以钽(Ta)为粘附层的Pt敏感薄膜,研究了不同退火温度、退火气氛和退火时间下的Pt薄膜结构以及电学性能方面的差异。结果表明:退火增强了薄膜的结晶化且使晶粒发生长大,从而有效降低了薄膜的电阻率。但过度退火,如退火温度超过1000℃或过长的退火时间,会导致粘附层中的Ta元素向Pt薄膜中过度扩散,从而增加Pt薄膜的电阻率。在高纯N2(99.999%)、超纯N2(99.9999%)及空气三种气氛中退火,结果发现在空气中退火的Pt薄膜电阻率最小,原因是空气中的氧元素在高温下穿过Pt薄膜扩散至Ta粘附层,形成了稳定的Ta2O5相,Ta元素向Pt薄膜的扩散减少。退火还提升了薄膜电阻随温度变化的线性度及其电阻温度系数(TCR),在空气中900℃退火1 h,Pt薄膜的TCR达到3.909×10^-3/℃,接近于块状Pt材料的值。此结果对提高Pt薄膜温度传感器的灵敏度具有重要意义。

LCP柔性基板的薄膜电阻制作技术

针对液晶聚合物(LCP)柔性基板高频电子封装应用需求,采用一种薄膜溅射工艺直接在LCP柔性基板上制作TaN薄膜电阻,研究不同等离子体预处理方式对LCP表面形貌和LCP表面薄膜金属膜层附着强度的影响,进一步研究溅射气压和氮气体积分数等参数对电阻性能的影响,考察LCP柔性基板上的TaN薄膜电阻精度及电阻温度系数(TCR),并制备出50Ω的薄膜电阻。结果表明:当射频功率为300 W的氧等离子体预处理600 s时,LCP表面的面粗糙度低,LCP基板表面薄膜金属膜层附着强度高,其值>5.0 N/mm^(2);当溅射功率为400 W、氮气体积分数为3%、溅射气压为0.2 Pa时,制备的TaN薄膜电阻的阻值精度高,阻值精度≤±4%,TCR电阻稳定性能好。

石墨烯/钽酸锂场效应晶体管温度电阻特性研究

二维石墨烯材料的原子尺度厚度和其可调的能带结构使其对电介质环境高度敏感,从而使得石墨烯/电介质材料体系对外界多种物理量有敏感响应特性。通过制备石墨烯/钽酸锂热释电栅场效应晶体管并分析该体系的电学传输特性,研究了石墨烯/钽酸锂体系对温度的敏感性,证明该体系中石墨烯载流子浓度的变化与外界温度的变化成正比。场效应晶体管器件在不同温度下的伏安特性表明,25℃时石墨烯沟道的阻值约为3850Ω,随着温度的升高电阻变大。器件的温度响应曲线表明,当温度升高至61.2℃时,该体系电阻达到最大值(7900Ω),继续升温电阻减小。当温度(T)介于30~61.2℃之间时,其温度电阻系数(TCR)约为3.2%·℃^(-1),当温度介于61.2~66℃之间时,其TCR约为-3.94%·℃^(-1)。温度变化引起钽酸锂表面电场发生变化,而石墨烯的载流子浓度及种类可随电场强度发生变化,从而导致其电阻随温度变化。石墨烯/钽酸锂材料体系可应用于热探测器领域。

激光辐照对LCMO薄膜结构和电输运特性的影响

利用脉冲激光溅射沉积技术,在SrTiO3(001)单晶衬底上外延生长了La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)薄膜。采用CO2激光对制备的薄膜辐照10～60s。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和电阻-温度测试系统对激光辐照前后的薄膜进行了对比分析。结果显示,CO2激光辐照增强了LCMO薄膜的结晶性,使薄膜呈现出类似"平原"的表面结构并降低了表面粗糙度。与传统的高温退火类似,经CO2激光辐照后,样品的电阻率从1.3mΩ·cm下降到0.5mΩ·cm,绝缘态-金属转变温度(TP)和温度电阻系数(TCR)分别从255K和7.9%·K-1提高到263K和18.7%·K-1。研究结果表明,CO2激光辐照能够在极短的时间内改善LCMO薄膜的O含量和晶粒间的连通性,从而优化和提高了薄膜的电输运特性。

磁控溅射制备低相转变温度氧化钒薄膜

采用直流反应磁控溅射法在不同氧分压气氛下制备了氧化钒薄膜,并进行后续真空退火处理。分别利用X-射线衍射仪,扫描电子显微镜和综合物性仪分析薄膜的相成分、表面形貌以及电性能。结果表明:随着氧分压的增加,450℃退火1h的薄膜逐渐由非晶态转变为VO_2(M),VO_2(M,B)和V_6O_(13)的混合结构,并且晶化程度逐渐提高。氧分压6.67%的薄膜相转变温度(TMST)接近52℃,SEM分析表明,微裂纹的存在为相转变时应力释放提供空间,降低了TMST。氧分压10%的薄膜具有-2.38%/K的电阻温度系数(TCR)值和1.67×10~4Ω的室温电阻值,满足制备非致冷红外探测器的要求。