论文部分内容阅读
三氧化钨（WO3）是一种重要的功能材料,因具有良好的电致变色、光致变色、电化学性能而得到广泛的研究和应用。近年来,人们又发现了WO3材料呈现出良好的以低电压小电流为特征的非线性电学性质。由于WO3压敏薄膜在降低元件的厚度方面比WO3陶瓷具有较大的优势,因此WO3薄膜在开发小功率、低压压敏电阻器方面具有极大的优势和潜力。但是,与其它的变阻器材料相比,WO3的非线性系数不高,伏安特性曲线的重复性不好,而且还存在严重的电学弛豫现象,很多电学性质用以前非线性理论不能完全解释。我们希望通过掺杂改善WO3压敏薄膜的性能,并对相关的物理机理进行研究分析。本文从制备WO3薄膜出发,以对其非线性电学性质为主要研究内容,进一步深入了解WO3基薄膜材料的电行为。本文采用磁控溅射的方法在玻璃和Si基片上制备了WO3基薄膜,研究了薄膜制备过程中溅射功率、工作压强、衬底温度等条件以及后续的退火处理,对薄膜的结晶、取向状况等的影响,探讨了磁控溅射法制备WO3薄膜的过程中,工艺条件对其电性能的影响,以此改善工艺条件,优化薄膜的结构。结果表明:退火温度和时间对WO3薄膜的结构和非线性能影响最大,在500℃、退火20h的样品具有最佳非线性系数14.3,压敏电压为1.8V,漏电流为0.072mA。本文的另一项工作是通过改变Co和Ce金属靶材的溅射功率来研究元素掺杂量对WO3薄膜电学性能的影响。研究发现:在相同的工艺情况下两种掺杂物的功率分别为50W和40W的时候WO3基压敏薄膜电学性能最佳,非线性系数分别为4.13;7.92,压敏电压为1.01V;0.93V,漏电流为0.78mA;0.58mA。研究发现,在一定的掺杂情况下,Co掺杂的样品薄膜的晶界结构明显,Ce的掺杂则可以增加势垒高度、提高非线性系数。通过对实验结果的分析,发现现有的解释非线性电输运行为的双Schottky势垒模型不能很好的解释WO3基薄膜材料的电学行为还必须考虑WO3是一种极性材料,其电输运应该是与极化相耦合的过程。