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《新疆大学》 2019年
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Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄片及薄膜材料的制备与电学特性研究

王倩  
【摘要】:21世纪以来,随着微型半导体加工、印刷电子以及微电子器件制备等微加工技术的发展,人们对温度传感器的智能化、微型化以及精准化的要求越来越高。传统的负温度系数(NTC)热敏电阻元件大多为圆盘状、杆状和珠状等,其尺寸较大,难以与现代半导体工艺相结合。因此,制备具有体积优势的超薄、超轻的芯片型热敏电阻元件是非常迫切的。本文针对热敏薄片以及薄膜材料的制备与其电学性能开展研究。Mn-Co-Ni-O系材料具有高的稳定性以及优异的热敏特性被广泛应用于NTC热敏电阻元件。本文选取Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4作为制备薄片及薄膜型NTC热敏电阻元件的基础材料。采用流延法制备Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄片,探究了制备热敏薄片的最佳工艺参数,详细分析了不同厚度(120μm、110μm、100μm和90μm)Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄片结构形貌、电学、响应时间等性质。采用射频磁控溅射法制备了厚度为纳米级的Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄膜,探究了多孔硅衬底上Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄膜的最佳生长温度和溅射功率,研究了多孔硅衬底孔隙率(0%、30%和50%)对Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄膜性质的影响,具体研究结果如下:1.采用流延法制备Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄片的最佳工艺参数是:流延浆料中粉体含量为2 g,粘结剂含量为4wt%,有机溶剂含量为2 mL,流延速度为7mm/s。依据此工艺参数制备的Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄片致密度高,薄片平整且厚度均匀。2.通过对比不同厚度(120μm、110μm、100μm和90μm)热敏薄片的结构形貌、电学和响应时间等性质,得到90μm厚度的Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄片晶粒大小均匀,无明显位错,其相结构为与MnCo_2O_4相似的尖晶石结构。薄片厚度由90μm增加到120μm时,?_(25)由127.0Ω·cm增加到449.7Ω·cm,热敏常数B_(25/50)由3377.9 K增加到3514.2 K。90μm厚度的热敏薄片Mn~(3+)/Mn~(4+)的比率为0.70,120μm厚度的热敏薄片Mn~(3+)/Mn~(4+)的比率为1.02。此外,90μm厚度的热敏薄片响应时间最快,为0.83 s。3.采用射频磁控溅射法在多孔硅衬底上生长Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄膜。探究了热敏薄膜的最佳生长温度为150℃,最佳溅射功率为250 W。在不同孔隙率(0%、30%和50%)多孔硅衬底上制备了高质量Mn_(1.2)Co_(1.5)Ni_(0.3)O_4热敏薄膜。随着多孔硅衬底孔隙率的增加,薄膜表面晶粒团聚现象更加明显,热敏常数B_(25/50)相对较高。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP212.11;TB383.2

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