【摘 要】
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具有尖晶石结构的锰基热敏电阻材料对温度具有优异的灵敏度,被广泛地用于热敏器件制造。而制备锰基热敏薄膜的工艺对薄膜的微观结构、表面形貌、光学和电学性能具有十分重要的意义。在此之前,人们对掺杂Zn元素的锰基热敏氧化物也有大量的研究,但是对以NiMn_2O_4为基础并掺杂了Zn元素的薄膜材料研究却很少。同时Zn在锰镍氧化物中占据尖晶石的A位还是B位一直存在很大的争议。因此,本文使用了掺杂Zn元素的锰基热
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具有尖晶石结构的锰基热敏电阻材料对温度具有优异的灵敏度,被广泛地用于热敏器件制造。而制备锰基热敏薄膜的工艺对薄膜的微观结构、表面形貌、光学和电学性能具有十分重要的意义。在此之前,人们对掺杂Zn元素的锰基热敏氧化物也有大量的研究,但是对以NiMn2O4为基础并掺杂了Zn元素的薄膜材料研究却很少。同时Zn在锰镍氧化物中占据尖晶石的A位还是B位一直存在很大的争议。因此,本文使用了掺杂Zn元素的锰基热敏氧化物材料(即Mn-Ni-Zn-O),并对Mn-Ni-Zn-O薄膜进行性能的研究。本文主要利用磁控溅射法以Mn-Ni-Zn合金为靶材制备出了Mn-Ni-Zn-O热敏薄膜,并对基本工艺参数进行了优化,研究了不同溅射条件对薄膜的微观结构、表面形貌、拉曼特性和电学性能的影响。同时,还采用了化学溶液沉积法制备出Mn1.56Co0.96Ni0.48-xZnxO4(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.3)薄膜材料,并对该材料进行了结构和表面形貌表征以及光电性能测试,得到了以下结果:(1)通过磁控溅射法制备了MNZ薄膜,发现在退火温度为750℃的薄膜结晶度好,并发现了Zn离子可占据尖晶石结构的A位也可占据B位,同时还得到了Mn2Ni0.8Zno.2O4薄膜的传导机理属于最近邻跳跃。其次,经过对溅射功率优化发现溅射功率为200W的薄膜质量较好。最后对溅射气氛中的氩氧比进行优化,得到了在有氧条件下薄膜中Mu2+和Mn4+含量增加,Mn3+变化不大,Mn3+/Mn4+的比例更趋近于1,即氧气的加入能够提高薄膜的导电性能。(2)利用化学溶液沉积法研究了Zn离子含量对MCNZ薄膜的影响。得到了在掺杂少量Zn离子时2Zn2+代替Ni2+占据了尖晶石的A位,随着Zn含量的增加一部分Zn离子占据尖晶石的B位。同时,MCNZ薄膜的热敏常数B值从3708K变化到5424K。因此通过调节Zn离子的含量可以得到所需薄膜的灵敏度。
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