激光退火对氧化锌薄膜压敏电阻性能影响的研究

发布时间：2017-03-20 09:05

  本文关键词：激光退火对氧化锌薄膜压敏电阻性能影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：ZnO系压敏陶瓷广泛应用于高压领域的避雷器和低压领域的电路保护中,涵盖了各行各业的电力电子设备。近年来,电子技术迅猛发展,电子元件集成度提高,电子设备对电压的变化越来越敏感,因为静电、浪涌等因素,设备受到破坏或发生误操作的概率也大大提高,起到稳压和过压保护作用的压敏元件有着广泛应用前景,其可靠性和制备工艺也有着更高要求。本文采用自制靶材,通过磁控溅射法制备ZnO薄膜压敏电阻,并分别采用传统退火和激光退火对其进行后续处理,总结以上实验研究,得出了一些有意义的成果。1、在成型压力为40MPa,烧结温度为950℃时,制备的ZnO基陶瓷靶材致密度最高,断面气孔较少,晶粒尺寸约为4-6μm,靶材中主要包括ZnO主晶相、Bi2O3相和Zn2.33Sb0.67O4尖晶石相。2、选用Ti作为电极材料,能够保证电极在后续的退火和激光退火处理中性能稳定。当溅射功率为300w时薄膜表面粗糙度达到最小值18.4nm,表面较为平整,得到的薄膜为非晶态,随着磁控溅射功率增大,薄膜出现了一定的晶化效果,且越来越明显。3、退火可以使非晶薄膜结晶,当退火温度达到850℃以上,薄膜晶粒饱满、均匀、致密,退火效果较好。氧化铋的熔点为825℃,在这附近,Bi2O3可以熔化,在ZnO晶界处形成富集相,而温度过高时,Bi元素挥发较严重,造成薄膜电学性能下降。退火温度为850℃时薄膜电学性能最好,此时样品的压敏电压为4.63V,非线性系数为13.89。4、采用能量密度和扫描速度适中的激光对ZnO薄膜进行辐照处理能够获得较好的退火效果,激光作用区域内的薄膜晶粒通过再结晶过程长大,激光辐照后薄膜中Bi元素含量没有明显变化,解决了炉内退火过程中Bi元素在温度过高时挥发严重的问题。激光退火的最佳工艺参数为扫描速度10mm/s,能量密度0.89J/cm2,此时薄膜C轴取向最好,样品的压敏电压为3.53V,非线性系数为18.93。
【关键词】：ZnO薄膜压敏电阻 射频磁控溅射 激光退火 压敏电压 非线性系数
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 前言10
• 1.2 ZnO压敏电阻概述10-16
• 1.2.1 ZnO压敏电阻的物理、化学性质10-12
• 1.2.2 ZnO压敏电阻的电学性能12-14
• 1.2.3 ZnO压敏电阻的低压化途径14-15
• 1.2.4 薄膜压敏电阻的制备15-16
• 1.3 激光与薄膜的相互作用16-17
• 1.4 本课题的研究目的和主要内容17-19
• 1.4.1 研究目的17-18
• 1.4.2 研究内容18-19
• 第二章 ZnO基陶瓷靶材的制备19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-23
• 2.2.1 实验材料19-20
• 2.2.2 实验设备20
• 2.2.3 实验方法20-23
• 2.3 结果与讨论23-28
• 2.3.1 成型压力对靶材的影响23-25
• 2.3.2 烧结温度对靶材的影响25-26
• 2.3.3 靶材的微观形貌分析26
• 2.3.4 靶材的结构分析26-28
• 3.5 本章小结28-29
• 第三章 ZnO薄膜压敏电阻的制备29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 实验部分29-33
• 3.2.1 实验材料29-30
• 3.2.2 实验设备30
• 3.2.3 实验方法30-33
• 3.3 结果与讨论33-37
• 3.3.1 溅射功率对薄膜沉积速率的影响33-34
• 3.3.2 溅射功率对薄膜表面形貌的影响34-36
• 3.3.3 溅射功率对薄膜微观结构的影响36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 ZnO薄膜压敏电阻的退火处理38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 实验部分38-39
• 4.2.1 实验材料和设备38-39
• 4.2.2 实验方法39
• 4.3 结果与讨论39-48
• 4.3.1 退火温度对薄膜形貌的影响39-41
• 4.3.2 退火温度对薄膜微观结构的影响41-45
• 4.3.3 退火温度对薄膜成分的影响45-46
• 4.3.4 退火处理时薄膜的生长机理46-47
• 4.3.5 退火温度对薄膜电学性能的影响47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 ZnO薄膜压敏电阻的激光退火处理50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 实验部分50-53
• 5.2.1 实验材料50-51
• 5.2.2 实验设备51
• 5.2.3 实验方法51-53
• 5.3 结果与讨论53-60
• 5.3.1 激光退火对薄膜形貌的影响53-56
• 5.3.2 激光退火对薄膜微观结构的影响56-57
• 5.3.3 激光退火对薄膜成分的影响57
• 5.3.4 激光退火对薄膜电学性能影响57-60
• 5.4 本章小结60-62
• 第六章 总结和展望62-64
• 6.1 工作总结62-63
• 6.2 工作展望63-64
• 参考文献64-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间发表的论文72

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