氮化鉭薄膜的結(jié)構(gòu)和電輸運性質(zhì)研究.pdf

1、面心立方結(jié)構(gòu)的TaNx材料因其優(yōu)越的物理、化學及機械性能（如高硬度、耐磨、化學惰性、熱穩(wěn)定性以及低的電阻溫度系數(shù)），現(xiàn)已在耐磨涂層、薄膜電阻以及集成電路中的擴散勢壘等領(lǐng)域得到了廣泛應用。另外，TaNx薄膜又具有較高的超導轉(zhuǎn)變溫度（6-10.5K）、較小的超導帶隙（~1.24meV）及低的費米面態(tài)密度等特點，因而在下一代超導納米線單光子探測器、金屬-絕緣體-超導體隧道結(jié)器件等領(lǐng)域有著潛在的應用前景。
　　本論文通過射頻磁控濺射的方法

2、，采用TaN靶，在石英玻璃基底上成功制備了系列面心立方結(jié)構(gòu)的多晶-TaNx薄膜，對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、電學性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究，分析了濺射條件對薄膜結(jié)構(gòu)和電輸運性質(zhì)的影響，并對TaNx薄膜在不同溫區(qū)的導電機制進行了探討。
　　在石英玻璃上通過改變基底溫度生長了系列面心立方結(jié)構(gòu)的TaNx多晶薄膜，X射線衍射及掃描電鏡形貌結(jié)果顯示，薄膜的平均晶粒尺寸隨基底溫度的升高逐漸增大。電輸運測量結(jié)果表明，TaNx薄膜在~5K以下表現(xiàn)出類似超

3、導體-絕緣體顆粒膜的電輸運性質(zhì)；隨著溫度的升高，薄膜在10-30K表現(xiàn)出類似金屬-絕緣體顆粒膜的性質(zhì)；在70K以上，熱漲落誘導的遂穿(FIT)導電機制主導著電阻率的溫度行為。因此，多晶TaNx薄膜的類顆粒膜屬性使其具有較高的電阻率和負的電阻溫度系數(shù)。
　　在石英玻璃上通過改變氮分壓生長了系列TaNx薄膜，X射線衍射結(jié)果顯示薄膜為面心立方結(jié)構(gòu)。掃描電鏡形貌表征顯示TaNx薄膜具有類顆粒膜屬性，并且隨氮分壓的增加，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量逐漸變

4、差，平均顆粒尺寸逐漸減小。電輸運測量結(jié)果表明：在~5K以下溫區(qū)，隨著氮分壓的增加，薄膜的絕緣體-超導轉(zhuǎn)變現(xiàn)象逐漸消失。在~10以上溫區(qū)，薄膜的電阻率與溫度的關(guān)系存在明顯差異。對于在0.2％、0.4%、0.94%氮分壓下制備的TaNx薄膜，在10-350K整個溫區(qū)的電輸運行為由FIT導電機制主導；而對于5.39%和7.50%氮分壓下制備的TaNx薄膜，在50K以下的導電行為可用Mott的變程跳躍模型描述，而在50K以上，F(xiàn)IT導電機制仍主