磁控溅射制备TiB2薄膜及薄膜特性研究

论文摘要

电厂的安全生产需要对大型高温管线进行损伤分析、寿命监测与预测维修,而高温管线的寿命在线监测关键就是依靠可长时间、高精度、稳定工作的高温应变计。目前国内应用的高温应变计如PtW丝式应变计、PdCr丝式应变计、半导体薄膜式应变传感器等,大多存在横向效应大、热输出大、寿命短、价格昂贵等缺点。因此寻找一种精度高、稳定性好、价格低廉的高温应变材料是非常有意义的。本文主要研究了在高温应变传感器中有重要应用前景的TiB2半导体薄膜的制备、表征、微观结构和电学特性。论文包括如下几个方面内容：1.采用磁控溅射方法制备出了TiB2半导体薄膜,利用SEM、EDS、XRD对薄膜进行结构和成分表征,重点考察了溅射时问对薄膜厚度的影响：采用磁控溅射方法,保持溅射功率、溅射气压不变,TiB2薄膜的厚度和溅射时间呈线性关系。2.对溅射态的TiB2薄膜样品用AFM、四探针法(FPP)等测试分析手段研究了微观结构、电学特性,同时采用悬臂梁法和自行设计的实验装置测量了半导体薄膜的电阻应变系数(GF)、电阻温度系数(TCR)。薄膜样品的表观颗粒尺寸随厚度增大而增大,方阻随厚度增大而减小,电阻率不随厚度改变。3.对溅射态的TiB2薄膜样品进行了热处理,比较了热处理前后薄膜结构、形貌、电学性能的变化。热处理后的薄膜晶化,在厚度不变的条件下,薄膜方阻随热处理温度的上升而上升,薄膜在一个温度周期内电阻迟滞减小,薄膜的电阻性能趋于稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 高温管线的寿命监测技术
• 1.2 高温应变计的研究进展
• 1.3 溅射镀膜技术
• 1.3.1 直流磁控溅射
• 1.3.2 射频磁控溅射
• 2薄膜研究进展'>1.4 TiB₂薄膜研究进展
• 1.5 本文的研究思路和章节安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 实验设备与检测方法
• 2.1 溅射镀膜设备
• 2.1.1 JCP300磁控溅射镀膜机
• 2.1.2 靶材
• 2薄膜制备工艺'>2.1.3 TiB₂薄膜制备工艺
• 2.2 薄膜样品的检测方法
• 2.2.1 成分表征
• 2.2.2 形貌表征
• 2.2.3 结构表征
• 2.2.4 厚度表征
• 2.2.5 电阻率测量
• 2.2.6 电阻温度系数测试
• 2.2.7 电阻应变系数测量
• 2.3 本章小结
• 2薄膜'>第三章 磁控溅射制备TiB₂薄膜
• 3.1 实验
• 3.2 薄膜的沉积速率
• 3.3 薄膜的成分
• 2靶材的成分'>3.3.1 TiB₂靶材的成分
• 3.3.2 镀膜的成分和结构
• 3.4 本章小结
• 2薄膜形貌与性能研究'>第四章 溅射态TiB₂薄膜形貌与性能研究
• 4.1 薄膜表观颗粒尺寸
• 4.2 薄膜的粗糙度
• 4.3 薄膜的电阻特性
• 4.4 薄膜的电阻温度系数
• 4.5 薄膜的电阻应变系数
• 4.6 掩膜法制备薄膜应变花的散射现象
• 4.7 本章小结
• 2薄膜形貌及性能影响'>第五章 热处理对TiB₂薄膜形貌及性能影响
• 5.1 薄膜热处理
• 5.2 热处理对薄膜结构的影响
• 5.3 热处理对薄膜形貌的影响
• 5.4 热处理对薄膜粗糙度的影响
• 5.5 热处理对薄膜TCR的影响
• 5.6 热处理对薄膜方阻的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论、创新点及展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间科研成果