Ta-N化合物的电输运性质研究

发布时间：2020-11-04 14:28

　　 TaN材料具有十分优越的物理、化学和机械性能。因其硬度高、耐磨性好、化学惰性、高温热稳定性、电阻率低,在耐磨涂层、薄膜电阻和扩散势垒等领域得到了广泛应用。因其具有超导特性和较高的载流子浓度,可在实验中观察到超导-绝缘体转变,超导涨落和反常金属相等输运现象,这些现象是凝聚态物理研究的热点。首先,本文研究了六角结构TaN块体(ε-TaN)的微观结构和电输运性质。实验发现,ε-TaN的室温电阻率很低(10~(-5)?cm),甚至可以与金属材料相媲美。电输运的测量结果表明其电阻温度系数低,具有金属导电特性,而当测量温度从6 K降到1 K时,其电阻率迅速下降了40%。同时,磁性测量的结果表明ε-TaN具有完全抗磁性,说明ε-TaN具有超导特性。此外,在973 K的高温下退火之后,其物相、结构、晶粒尺寸和电输运性质基本不变。其次,本文研究了岩盐结构TaN_x薄膜(rs-TaN_x)的微观结构和电输运性质。利用射频磁控溅射仪,选择ε-TaN靶,分别在石英玻璃和Al_2O_3(001)单晶基底上制备了TaN样品,对其晶体结构、微观结构和电输运性质进行研究。对于在石英玻璃基底上制备的不同氮含量的多晶TaN_x薄膜来说,我们研究了其在2-300 K温度区间内的电输运性质。实验结果表明,在6-30 K的温度区间内,其电导率与温度的对数呈线性关系,起源于颗粒与颗粒之间的电子-电子相互作用。而在温度高于60 K时,热涨落诱导的隧穿(FIT)导电机制主导了电阻率随温度的变化行为。当x?1.04时,TaN_x薄膜在低温处发生了正常态-超导态的转变,且9 T的磁场仍没有完全破坏超导。在超导转变温度附近,其上临界磁场随温度的降低线性增加,与颗粒超导体和无序的第二类超导体的性质类似。根据其电输运性质和透射电镜获得的微观结构,可知TaN_x薄膜具有类“导体-绝缘体”颗粒系统的属性,在TaN_x晶粒之间存在着非晶区域。对于单晶Al_2O_3(001)基底上制备的TaN_x薄膜,电输运测量结果表明,TaN_x薄膜具有半导体的导电特性,且低温处不会出现超导,这可能与界面处的应力有关。当测量温度高于50 K时,FIT导电机制主导了电阻率随温度变化的行为。因此,Al_2O_3(001)基底上制备的TaN_x薄膜具有类“导体-绝缘体”颗粒系统的电输运性质。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O614.513
【部分图文】：

图 1-1 (a) Ta2N；(b) -TaN；(c) Ta5N6的结构示意图；(d) Ta5N6的结构示意图[22]TaN 材料的性质 TaN 的高温热稳定性TaN 材料具有很好的高温热稳定性，它可以作为器件关键结构的保护层被于磁电阻随机存储器，金属-氧化物-半导体器件的栅电极，薄膜晶体管等。例如在硅基集成电路中，将 Cu 线的表面镀一层 TaN，当温度达到 700TaN 的物相结构和微观形貌并没有明显的变化[24,25]；Kwon 等人[13]制备/HfO2/SiO2/Si 的高介电常数栅堆叠，并在沉积 TaNx薄膜之后对器件进行理，实验发现当退火温度升高到 700-800 ℃时才开始出现 Ta-O 化学键

图 1-2 不同退火温度下 HfO2/TaN 的吸收光谱[13]ayeli等人[12]对50-100 nm厚的TaN薄膜的热导率 (TaN ) 进ann-Franz-Lorenz 定律和最小热导率理论，TaN 可表示为： 1'TaN ,min1 1 13p e fed C vd 子比热容，fv 是费米波矢，e 是电子的平均自由程。计算热导率1 1~ 4.0 4.3 Wm K 。之后对薄膜进行皮秒热反应 700 K 的条件下退火之后，薄膜的热导率基本保持不变，具有热稳定性。的高硬度

天津大学硕士学位论文Pa[27]。因此，TaN 材料具有高硬度，是制备耐磨涂层的良好材料过第一性原理计算得到六角结构的 Ta2N (P63/mmc-TaN) 具有 T构，这种结构使得 Ta-N 之间产生极强的化合键，从而使 P63/mm量达到 336 GPa，剪切模量达到 214 GPa，成为硬度最高的 TaN 材于轮船、航空航天、石油开采等领域。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张丽霞;李伟;王传奎;;侧基对π—π耦合双分子结电输运性质的影响[J];原子与分子物理学报;2011年06期

2 蔺丽丽;李怀志;冷建材;李宗良;王传奎;;分子链长对烷烃硫醇分子电输运性质的影响[J];原子与分子物理学报;2009年05期

3 刘瑞金;尚晖;孙玉萍;;萘分子器件电输运性质的理论分析[J];功能材料与器件学报;2014年01期

4 夏蔡娟;刘汉臣;房常峰;;并苯分子电输运性质的第一性原理研究[J];鲁东大学学报(自然科学版);2010年03期

5 赵文兵,张晓东,张金龙,李传义,顾镇南,周锡煌;碱金属掺杂C_(60)超导外延薄膜的制备及其电输运性质[J];物理;1993年12期

6 H.温茨;光木;;高纯金属的电输运性质以及痕量杂质对它的影响[J];仪表材料;1976年Z1期

7 李波,杨东升,郑卫华,吴柏枚,金华;掺Ce的Bi-2212的低温电输运性质[J];低温物理学报;2002年03期

8 朱国宝;杨慧敏;;拓扑绝缘体表面的热电输和热电输运性质（英文）[J];低温物理学报;2016年01期

9 刘瑞金;孙玉萍;;1,4-苯二甲氰分子的电子结构及其电输运性质的研究[J];低温物理学报;2013年04期

10 刘兰峰;宋秀能;王传奎;;电极距离对苯二氰分子电输运性质的影响[J];山东师范大学学报(自然科学版);2007年04期

相关博士学位论文 前10条

1 李宗良;分子功能器件的设计与性质研究[D];山东师范大学;2007年

2 贺春元;高压下Ⅱ-Ⅵ族化合物CdX（X=S、Se、Te）的电输运性质[D];吉林大学;2007年

3 夏蔡娟;苯基分子器件电输运性质第一性原理研究[D];山东大学;2008年

4 冀国敏;基于富勒烯分子器件电输运性质的理论研究[D];山东大学;2013年

5 秦天茹;高压下AMoO_4(A=Ca,Ba,Sr)和MoX_2(X=O,S)的电输运性质研究[D];吉林大学;2018年

6 李玉强;高压下三氧化钨和钨酸钡的电输运性质与结构研究[D];吉林大学;2013年

7 武雅楠;非磁性金属纳米颗粒膜的微观结构和电输运性质[D];天津大学;2014年

8 李英德;单分子电子器件的理论研究[D];山东师范大学;2011年

9 黎秋航;掺杂钙钛矿结构化合物的磁性和电输运性质[D];东南大学;2017年

10 闫杰娟;高压下AlAs、SnSe及GeTe的结构和电输运性质研究[D];吉林大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 李冉;Ta-N化合物的电输运性质研究[D];天津大学;2018年

2 宋世金;c轴择优Ca_3Co_4O_9材料的热电输运性质和激光感生横向电压效应[D];昆明理工大学;2015年

3 蔡健;高压下CaCu_3Ti_4O_(12-x)NiO(x=0.006)的电输运性质研究[D];吉林大学;2018年

4 古可民;三碲化锆，二碲化钛在高压下的结构和电输运性质研究[D];中国工程物理研究院;2018年

5 陶黎;氧化锌基材料的电输运性质和磁性研究[D];天津大学;2017年

6 辛建国;分子吸附对OPE分子电输运性质影响的理论研究[D];鲁东大学;2017年

7 韦贝佩;关联电子体系热电输运性质的研究[D];吉林大学;2015年

8 李琪;Ca,Ga掺杂ErMnO_3结构和物性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

9 杜威;联苯二硫酚分子器件电输运性质的第一性原理研究[D];山东大学;2013年

10 王玉;B位掺杂钙钛矿锰氧化物磁性和电输运性质[D];扬州大学;2014年

本文编号：2870210