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ZnO压敏电阻,以其优良的非线性特性而被广泛的应用于电力电子线路中抑制浪涌电流,普遍认为,其优良的非线性特性是由于在晶界处形成了背靠背的双肖特基势垒。本论文以双肖特基势垒模型为基础,研究溶胶凝胶-旋涂法和磁控溅射法不同工艺条件对薄膜微观形貌及电学性能的影响,论文目标是构建出具有与ZnO压敏陶瓷材料非线性系数类似的平面晶界势垒。本文首先研究了溶胶凝胶-旋涂法制备多层ZnO压敏薄膜的工艺条件,研究了制备ZA(Al3+掺杂ZnO)层和ZCMN(Co2+、Mn2+、Ni2+掺杂ZnO)层退火温度、各层预处理温度对薄膜微观形貌及电学性能的影响。实验结果表明,在三种退火温度(500℃、550℃、600℃)条件下,随着退火温度的上升,制备的五层结构(ZA层-ZCMN层-Bi2O3层-ZCMN层-ZA层)薄膜样品非线性系数逐渐增大。XRD和SEM分析表明,ZnO层的晶粒会随温度升高逐渐生长均匀致密,晶粒尺寸逐渐增大,从而使得ZnO层与Bi2O3层能形成更好的接触,进而形成较好的势垒层,促进非线性系数增大。研究了不同预处理温度(150℃、200℃、250℃、300℃)对膜层结构及电性能的影响,当退火温度固定为600℃,随着预处理温度升高,五层薄膜非线性系数先增大后减小,预处理温度为200℃时样品的非线性特性最好。实验结果表明,适当的预处理温度可以使得各层溶剂及可挥发性杂质得到充分挥发且不会影响薄膜质量。测试分析了单层晶界势垒在正反偏电压作用下电学性能,测得的电压非线性特性与氧化锌压敏陶瓷特性类似。本文还研究了采用磁控溅射法来制备多层Zn O压敏薄膜。研究了ZnO层和Bi2O3层的制备条件对薄膜微观形貌及电学性能的影响。采用ZnO靶材,在溅射条件为:工作功率50W,O2:Ar=0.6:12,工作压强为2.0Pa条件下,对比了不同溅射时间(900s、1000 s、1100 s、1200 s、),当溅射时间为1000s时,制备出厚度约300nm表面均一的ZnO薄膜层。分别采用了金属铋靶材和氧化铋靶材制备Bi2O3薄膜,发现采用氧化铋靶材能获得接近化学计量比、均匀分布的Bi2O3相的薄膜。利用Zn O靶材和氧化铋靶材制备了三层结构(ZnO层-Bi2O3层-ZnO层)的薄膜样品。在ZnO层采用前述条件,对比分析了氧化铋层在不同工作功率(30W、45W、65W、100W、175W、215W)条件下,对氧化铋层表面形貌及三层薄膜电学性能的影响,制备得到三层薄膜样品,当工作功率为45W能得到非线性系数较好的三层薄膜。SEM分析表明,功率太小,晶粒尺寸较小且不均匀,不利于形成势垒,功率过大,溅射到薄膜表面的粒子会因能量过高而损害薄膜,引起较多缺陷,导致薄膜性能下降。综上所述,采用溶胶凝胶-旋涂法和磁控溅射法均能制备出具有一定非线性系数的多层ZnO压敏薄膜,其中磁控溅射法制备的三层结构(ZnO层-Bi2O3层-ZnO层)的薄膜样品具有更好的非线性特性。