氧化锌压敏半导瓷溅射金属化的界面机制及其作用的研究

【作者】 王文婷； 王德苗；

【机构】 浙江大学信息科学与电子工程系；

【摘要】 陶瓷表面金属化是电子陶瓷器件的关键问题之一。传统的丝印-烧结工艺存在电极质量差,成本低,污染严重等突出问题,近年来国际上开始研究采用磁控溅射技术对陶瓷金属化。但是,关于溅射薄膜与半导体陶瓷界面机制的研究却鲜有报道。本文以ZnO压敏陶瓷为例,采用磁控溅射法在其表面制备了Cr+Cu电极,其中Cr作为与陶瓷表面直接接触的过渡层金属。采用Ar+离子束逐层刻蚀,XPS原位记录能谱研究了Cr/ZnO的界面机制(本文用纯氧化锌代替氧化锌压敏半导瓷),并通过对氧化锌压敏电阻各项性能的测试研究了该界面的作用。由Cr、Zn、O等元素的窄区谱可知,当到达Cr/ZnO界面时,Cr(2p)的峰形发生明显变化,表明有氧化态的铬生成;而界面处O(1s)峰的的变化也说明氧原子的化学环境不单一,同时来自ZnO和铬的氧化相,该界面反应区域厚度约为150A。实验结果说明在Cr的沉积初期,Cr价层电子与氧化锌表面存在电子转移作用,有氧化态的铬生成;随着覆盖度的增加,电子转移逐渐减弱,最后铬呈现为金属态的吸附。分析实验结果可知Cr/ZnO半导瓷的界面氧化反应有以下作用:(1)破坏了半导瓷表面的氧吸附层,形成高浓度氧空位,获得良好的欧姆接触。(2)该反应生成的氧化铬与氧化锌的机械性能匹配,互相产生的应力小,而且界面处存在较大的化学健力,保证了电极膜层与陶瓷的结合力良好。(3)反应生成的氧化铬阻挡了Cu等金属元素向陶瓷体内扩散,避免了烧银电极中银向瓷体内扩散的缺点。总之,Cr+Cu溅射膜电极中,Cr作为过渡层,与ZnO压敏陶瓷的界面发生化学反应,可有效提高界面结合力、形成欧姆接触、改善产品非线性特性等。更多还原