脉冲激光沉积制备MIM结构

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1、脉冲激光沉积制备MIM结构信息工程学院电子信息工程05903325沈晓磊指导老师季振国氧化锌（ZnO）是一种重要的宽带隙（室温下3.3eV）Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,它的激子束缚能高达60meV,远大于GaN的25meV和ZnSe的22meV。ZnO具有六方纤锌矿结构，晶格常数a=0.3249nm,c=0.5206nm。ZnO薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性、且易于与多种半导体材料实现集成化。这些优异的性质，使其具有了广泛的用途，如表面声波器件、平面光波导，透明电极，紫外光探测器、压电器件、压敏器件、紫外发光器件、气敏传感器等。在短波区域，Zn

2、O可用于制造紫外发光器件和紫外激光器，对于提高光记录密度及光信息的存取速度起着非常重要的作用。压敏电阻器是其电阻值随电压灵敏变化的电子元件，它是基于压敏材料的非线性伏安特性工作的，己被广泛地应用于过压保护和稳压方面。SiC作为压敏材料的历史比较悠久，1908年即出现了SiC避雷器的研究。自从1968年日本松下公司首次研制成功了以ZnO作为主体的压敏电阻器以来，ZnO压敏电阻器的研究和应用得到了长足的发展，ZnO迅速成为制造压敏电阻器的主导材料。Contents压敏电阻的基本概念1激光脉冲沉积法的基本原理及ZnO薄膜的制备2试验结果以及数据分析3总结41、压敏电阻的基本

3、概念压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。图1-1为ZnO晶体的原子点阵示意图，ZnO晶体具有纤锌矿结构（四配位，六角结构）、闪锌矿结构（也是四配位，但和纤锌矿相原子排列不同）、NaCl结构（也叫岩盐结构）和CsCl结构，这四种结构。2.1ZnO薄膜的晶体结构2、激光脉冲沉积法的基本原理及ZnO压敏电阻器的制备非化学计量的ZnO晶体能带图Sukker等人经过综合各方面的数据和理论分析，给

4、出了与ZnO晶体的能带结构有关的常温电子学参数。根据这些数据，可以得到，纯净的ZnO由于存在固有原子点缺陷，使得晶体结构的周期性被破坏，在禁带中引入局域能级的能带结构，如图所示ZnO压敏电阻的晶界能带双肖特基势垒求解泊松方程后，得到双肖特基势垒高度:式中，ε是ZnO半导瓷的介电常数，Φ是势垒的高度，Nd为晶粒施主浓度，Ns为界面受主态密度，e为单位电子电荷。由上式可知，双肖特基势垒高度与表面受主态密度的平方成正比，与晶粒施主浓度成反比，在晶界处吸附受主杂质能提高n型半导瓷晶界得势垒高度。正是由于双肖特基势垒的形成，才使得ZnO压敏电阻器具有非线性的特性。ZnO压敏材料

5、的导电原理隧穿电流表达式为:式中，K为常数，，C为常数，U为外加电压，为真空介电常数。上式表明，当电压较高，由于隧穿机制，流过晶界的电流随外加电压的增大而急剧增大。结合热电子发射机制和隧穿势垒机制就可以较好地解释ZnO压敏电阻器的非线性U-I特性。当外加电压升高达到一定值时，通过压敏电阻器的电流随外加电压的增加变化很大，一般可达几个数量级，表现出强烈的非线性。正是由于具有非线性特性，ZnO压敏电阻器在过压保护和稳压方面得到广泛的应用。在过压保护电路中，当有浪涌电流通过时，压敏电阻器处于非线性区，将浪涌电流吸收，起到保护设备的作用。ZnO压敏材料常用的性能参数非线性系数

6、、压敏电压、漏电流表示了压敏电阻器的小电流特性，通流能力、残压比则表示的是大电流特性。此外，表征压敏电阻器性能的参数还有电压温度系数、能量耐量，固有电容等，限于篇幅，在此只对常用的参数作以简单介绍。1.非线性系数2.压敏电压3.漏电流4.通流能力5.残压比ZnO压敏材料在各方面的应用及发展ZnO压敏材料广泛应用于工业、铁路、通信、电力及家电等方面,尤其在过电压保护方面.用ZnO压敏材料制成的ZnO避雷器,可以用于雷电引起的过电压和电路工作状态突变造成电压过高.过电压保护主要用于大型电源设备、大型电机、电磁铁等强电应用中，也可用于一般电器设备的过电压保护。ZnO压敏材

7、料的未来是十分美好的：(1)片式叠层化：近年来，随着电子产品的小型化、多功能化和表面帖装技术(SMT)的应用。(2)低压化：由于电子仪器的集成化，电路的电压也随之低电压化。(3)基础理论的研究有待深入，尤其是加强晶界现象、导电机理、缺陷理论等方面的研究。将计算机技术与材料研究相结合，以探讨ZnO压敏材料的显微结构与导电机理等将可能受到人们关注。3、激光脉冲沉积法的基本原理及ZnO薄膜的制备目前国内外薄膜制备方法基本有：磁控溅射，喷雾热解，化学气相沉积，分子束外延技术，原子层外延生长法，脉冲激光沉积，溶胶-凝胶这几种方法，各种制备工艺各有优缺点。不同