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磁控溅射法制备BN薄膜结构和ZAO/BN/ZAO薄膜电性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 BN晶体结构及其相变

1.3 BN薄膜及其基本特征

1.3.1 BN薄膜的物理化学性质

1.3.2 BN薄膜晶体缺陷

1.3.3 BN薄膜的掺杂及其电学应用研究

1.4 ZnO低压压敏电阻研究

1.4.1 ZnO的结构及性能特点

1.4.2 低压ZnO压敏电阻原理及研究现状

1.5 本课题的研究内容及意义

第二章 实验方法和表征原理

2.1 样品的制备方法和过程

2.2 薄膜结构表征技术及方法

2.2.1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)

2.2.2 X射线衍射(XRD)

2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)

2.3 V-I曲线的测量方法

第三章 BN薄膜结构研究

3.1 工作压强对BN薄膜结构的影响

3.2 溅射介质对BN结构的影响

3.3 溅射功率对沉积薄膜的影响

3.4 衬底温度对BN结构的影响

3.5 负偏压对BN结构的影响

第四章 BN/ZnO叠层薄膜电性能研究

4.1 氮气含量对ZAO/BN/ZAO电性能的影响

4.2 负偏压对ZAO/BN/ZnO电性能的影响

全文总结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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摘要

BN和掺铝ZnO(ZAO)同为宽禁带化合物半导体材料,两者均具有特殊的光、电特性,在透明导电、发光二极管、声表面波、压敏电阻、压电等领域有着广泛的应用前景,两者相结合有望构建出性能更为独特的电子元器件。本研究以BN及ZAO为靶材,利用磁控溅射法制备了BN薄膜以及Al/ZAO/BN/ZAO/Al叠层薄膜,采用FTIR、XRD、V-I特性测试仪对其结构及伏安特性进行了系统研究。通过研究得到如下结论:
  (1)BN薄膜为多晶态湍层状结构的t-BN,基底温度、溅射气压以及氮气含量等显著影响BN薄膜的质量和厚度。在Si衬底上制备t-BN薄膜的较为优化的工艺条件为:衬底温度在25℃~150℃之间,溅射功率为200w,溅射气体介质中的氮气含量在25%,溅射气压为1.4Pa。此外,溅射时施加的负偏压越小越好。
  (2) Al/ZAO/BN/ZAO/Al叠层薄膜的V-I特性测量、分析结果显示:随着制备BN膜层时溅射气体介质中氮气含量的增加,叠层薄膜的非线性特性表现出减弱的趋势;当氮气含量为0%时,Al/ZAO/BN/ZAO/Al多层膜的非线性最为显著,非线性系数和阈值电压分别可达10.7和2.3V,成功实现了压敏电阻的低压化。
  (3) V-I特性测试、分析结果还表明改变制备BN膜层时所施加的负偏压,叠层膜的非线性特性将发生变化,无负偏压时,叠层薄膜的伏安关系呈非线性;而施加负偏压时,其伏安关系则呈线性关系。分析其主要原因,可能是ZAO/BN叠层薄膜界面处的B3+与O2-形成B-O键,易于捕获电子而成为受主缺陷,形成肖特基势垒,最终导致ZAO/BN/ZAO叠层膜的伏安关系呈现非线性。

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