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磁控溅射制备Mn-Co-Ni-O热敏红外探测薄膜

欧阳程,  吴敬,  周炜,  高艳卿,  侯云,  黄志明

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欧阳程, 吴敬, 周炜, 高艳卿, 侯云, 黄志明. 磁控溅射制备Mn-Co-Ni-O热敏红外探测薄膜[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1068-1072.
引用本文: 欧阳程, 吴敬, 周炜, 高艳卿, 侯云, 黄志明. 磁控溅射制备Mn-Co-Ni-O热敏红外探测薄膜[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1068-1072.
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Ouyang Cheng, Wu Jing, Zhou Wei, Gao Yanqing, Hou Yun, Huang Zhiming. Preparation of Mn-Co-Ni-O films by RF magnetron sputtering for IR thermal detectors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(4): 1068-1072.
Citation: Ouyang Cheng, Wu Jing, Zhou Wei, Gao Yanqing, Hou Yun, Huang Zhiming. Preparation of Mn-Co-Ni-O films by RF magnetron sputtering for IR thermal detectors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(4): 1068-1072.
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磁控溅射制备Mn-Co-Ni-O热敏红外探测薄膜

  • 1.

    中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海200083

基金项目: 

国家自然科学基金（11204336，61275111）;上海市自然科学基金（12ZR1452200）;中国科学院上海技术物理研究所创新专项（Q-ZY-96，Q-ZY-89）

详细信息
    作者简介:

    欧阳程（1989- ），男，博士生，主要从事锰氧化物材料与器件研究。Email：chengouy@mail.sitp.ac.cn；黄志明（1971- ），男，研究员，博士生导师，主要从事半导体材料与光电性质的研究。Email：zmhuang@mail.sitp.ac.cn

    欧阳程（1989- ），男，博士生，主要从事锰氧化物材料与器件研究。Email：chengouy@mail.sitp.ac.cn；黄志明（1971- ），男，研究员，博士生导师，主要从事半导体材料与光电性质的研究。Email：zmhuang@mail.sitp.ac.cn

  • 中图分类号: TN215

Preparation of Mn-Co-Ni-O films by RF magnetron sputtering for IR thermal detectors

  • 1.

    National Laboratory for Infrared Physics,Shanghai Institute of Technical Physics,CAS,Shanghai 200083,China

  • 摘要: 尖晶石Mn-Co-Ni-O三元氧化物具有优良的负温度系数（NTC），是一种制作热敏红外探测器较为理想的材料。采用射频磁控溅射法在非晶Al2O3衬底上制备了Mn1.56Co0.96Ni0.48O4（MCNO）多晶薄膜。使用能量色散X射线谱（EDS）对薄膜中金属元素组分进行了测量，分析得出薄膜中金属元素组分与靶材中的组分偏离在5%以内。对经过750℃空气中退火后的薄膜结构、电学和光学性质也进行了研究。实验结果表明：退火后薄膜具有单一立方尖晶石结构，且薄膜表面致密、均匀性好；薄膜的传导机制遵循小极子跃迁传导，在240~330K范围内符合VRH模型，其激活能和电阻温度系数（TCR）在室温下（300K）分别为0.297eV和-3.83%K-1；薄膜在紫外-可见波段具有较高的吸收率，间接带宽为0.61eV。
    Abstract: Mn-Co-Ni-O spinel, owing to its low resistivity and large temperature dependent resistivity, is an attractive ternary system for thermistor applications and infrared detecting bolometers. Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 (MCNO) polycrystalline films for infrared detection were successfully deposited on amorphous Al2O3 substrates by radio-frequency (RF) magnetron sputtering. Energy dispersive spectroscopy (EDS) indicates, for all the MCNO films, that the deviations of metallic element composition rank less than 5% comparing to the target. Structural, electrical, optical properties of MCNO films annealed at 750℃ were also investigated. X-ray diffraction shows the 750℃ annealed sample has a single cubic spinel phase, and the film is of favorable crystallization and compact density. The conduction mechanism of MCNO thin film follows the small-polaron hopping model, and the hopping type is variable-rangehopping (VRH) at 240-330 K. The TCR and the activation energy of MCNO films at room temperature (300 K) is 0.297 eV and-3.83%K-1, respectively. Also, the absorption coefficient has a relatively high value in the region of ultraviolet-visible and the indirect band gap is about 0.61 eV.
  • [1] Wang Enxin, Jing Yulan, Wang Pengchen, et al. Status quo and trend of NTC thermistors [J]. Electrical Components and Materials, 1997, 16(4): 1-9. (in Chinese) 王恩信, 荆玉兰, 王鹏程, 等. NTC 热敏电阻器的现状与 发展趋势[J]. 电子元件与材料, 1997, 16(4): 1-9.
    [2]
    [3] Hou Yun, Huang Zhiming, Gao Yanqing, et al. Characterization of Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 films for infrared detection [J]. Appl Phys Lett, 2008, 92(20): 202115.
    [4]
    [5] Park K, Han I H. Effect of partial substitution of Mg for Co in Mn1.4Ni1.2Co0.4O4 NTC thermistors on electrical stability [J]. J Electrocerm, 2006, 17(2-4): 1079-1082.
    [6]
    [7] Vakiv M, Shpotyuk O, Mrooz O, et al. Controlled thermistor effect in the system CuxNi1-x-yCo2yMn2-yO4 [J]. J Eur Ceram Soc, 2001, 21(10-11): 1783-1785.
    [8]
    [9] Schmidt R, Basu A, Brinkman A W. Production of NTCR thermistor devices based on NiMn2O4+ [J]. J Eur Ceram Soc, 2004, 24(6): 1233-1236.
    [10]
    [11] Jagtap S, Rane S, Gosavi S, et al. Low temperature synthesis and characterization of NTC powder and its lead free thick film thermistors [J]. Microelectronic Eng, 2010, 87 (2): 104-107.
    [12]
    [13]
    [14] Lee M, Yoo M. Detectivity of thin-film NTC thermal sensors[J]. Sens Actuators A, 2002, 96(2-3): 97-104.
    [15] Baliga S, Jain A L, Zachofsky W. Sputter deposition and characterization of Ni-Mn-O and Ni-Co-Mn-O spinels on polymide and glass substrates [J]. Appl Phys A, 1990, 50 (5): 473-477.
    [16]
    [17]
    [18] Schmidt R, Brinkman A W. Preparation and characterisation of NiMn2O4 films [J]. Int J Inorg Mater, 2001, 3(8): 1215-1217.
    [19]
    [20] He L, Ling Z Y, Huang Y T, et al. Effects of annealing temperature on microstructure and electrical properties of Mn-Co-Ni-O thin films [J]. Material Letters, 2011, 65 (11): 1632-1635.
    [21] Ji Yiqin, Jiang Yugang, Liu Huasong, et al. Analysis on effect of thermal treatment on structure characteristic of ion beam sputtering SiO2 films [J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(2): 418-422. (in Chinese)
    [22]
    [23] Tauc J C. Amorphous and Liquid Semiconductor [M]. New York: Plenum Press, 1974: 159.
  • [1] 张竞文, 李丽圆, 李潇雁, 苏晓锋, 胡亭亮, 陈凡胜.  基于动态开窗的快速运动目标信息获取方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210164-1-20210164-9. doi: 10.3788/IRLA20210164
    [2] 邢占, 陈晓依, 彭志勇, 杨志旺, 张贺龙, 邢忠福, 张宁.  红外气动光学效应研究进展与思考（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20220228-1-20220228-17. doi: 10.3788/IRLA20220228
    [3] 朱鹏, 肖磊, 孙泰, 史浩飞.  微纳结构增强型红外探测器研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210826-1-20210826-16. doi: 10.3788/IRLA20210826
    [4] 司俊杰.  基于InSb的新型红外探测器材料（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210811-1-20210811-19. doi: 10.3788/IRLA20210811
    [5] 唐化江, 郑义军, 谭荣清, 黄文武, 刘峻曦, 李辉, 宁方晋, 卢越, 朱子任.  RF-CO2激光器射频电源监控平台 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20210035-1-20210035-7. doi: 10.3788/IRLA20210035
    [6] 郭尚坤, 邓杰, 周靖, 张东海, 余宇, 邓嘉男, 蔡清元, 李志锋, 陆卫, 陈效双.  基于等离激元纳米结构非对称集成的二维材料自驱动光响应增强的研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(1): 20211011-1-20211011-9. doi: 10.3788/IRLA20211011
    [7] 周凯, 李道京, 王烨菲, 姚园, 乔明.  衍射光学系统红外光谱目标探测性能 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20200371-1-20200371-8. doi: 10.3788/IRLA20200371
    [8] 李一涵, 胡海洋, 王强.  高超声速飞行器红外探测窗口辐射透射特性研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0404002-0404002-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0404002
    [9] 周军, 陈守谦, 甄政, 欧文, 熊健.  基于波前编码的大焦深弹载双色红外探测系统 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0404001-0404001-5. doi: 10.3788/IRLA202049.0404001
    [10] 姜玉刚, 刘小利, 刘华松, 刘丹丹, 王利栓, 陈丹, 姜承慧, 季一勤.  离子束溅射宽带吸收薄膜设计与制备技术研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 221003-0221003(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0221003
    [11] 王莹莹, 何苹, 孟常亮.  星载红外探测器对高超声速飞行器探测距离的计算 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 704003-0704003(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0704003
    [12] 付秀华, 张功, 张静, 刘冬梅, 杨伟声, 木锐.  短中波红外探测系统宽波段高透过率薄膜 . 红外与激光工程, 2019, 48(10): 1017001-1017001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.1017001
    [13] 王利栓, 杨霄, 刘丹丹, 姜承慧, 刘华松, 季一勤, 张锋, 樊荣伟, 陈德应.  离子束溅射氧化钽薄膜光学特性的热处理效应 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 321004-0321004(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0321004
    [14] 黄智国, 王建立, 殷丽梅, 李宏壮, 刘俊池, 刘祥意.  多波段冷光学红外成像终端研制 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 904001-0904001(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0904001
    [15] 白瑜, 廖志远, 李华, 程习敏, 邢廷文, 蒋亚东.  折反射中波红外探测无热化成像系统设计分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 407-412.
    [16] 吴鑫, 张建奇, 杨琛.  JetsonTK1平台实现快速红外图像背景预测算法 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2615-2621.
    [17] 张士成, 杨立, 石恒.  基于射线跟踪算法的舰船尾迹波红外特征与探测 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1450-1455.
    [18] 刘华松, 傅翾, 季一勤, 张锋, 陈德应, 姜玉刚, 刘丹丹, 王利栓, 冷健, 庄克文.  离子束溅射制备氧化物薄膜沉积速率调整方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2192-2197.
    [19] 周炜, 欧阳程, 吴敬, 高艳卿, 黄志明.  锰钴镍铜氧薄膜红外探测器制备与性能研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1073-1079.
    [20] 刘华松, 傅翾, 王利栓, 姜玉刚, 冷健, 庄克文, 季一勤.  离子束溅射参数与Ta2O5薄膜特性的关联性 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1770-1775.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-17
  • 修回日期:  2013-09-16
  • 刊出日期:  2014-04-25

磁控溅射制备Mn-Co-Ni-O热敏红外探测薄膜

  • 1. 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海200083
    • 作者简介:

    欧阳程（1989- ），男，博士生，主要从事锰氧化物材料与器件研究。Email：chengouy@mail.sitp.ac.cn；黄志明（1971- ），男，研究员，博士生导师，主要从事半导体材料与光电性质的研究。Email：zmhuang@mail.sitp.ac.cn

    欧阳程（1989- ），男，博士生，主要从事锰氧化物材料与器件研究。Email：chengouy@mail.sitp.ac.cn；黄志明（1971- ），男，研究员，博士生导师，主要从事半导体材料与光电性质的研究。Email：zmhuang@mail.sitp.ac.cn

  • 收稿日期: 2013-08-17
  • 修回日期: 2013-09-16
  • 刊出日期: 2014-04-25
基金项目:

国家自然科学基金（11204336，61275111）;上海市自然科学基金（12ZR1452200）;中国科学院上海技术物理研究所创新专项（Q-ZY-96，Q-ZY-89）

  • 中图分类号: TN215

摘要: 尖晶石Mn-Co-Ni-O三元氧化物具有优良的负温度系数（NTC），是一种制作热敏红外探测器较为理想的材料。采用射频磁控溅射法在非晶Al2O3衬底上制备了Mn1.56Co0.96Ni0.48O4（MCNO）多晶薄膜。使用能量色散X射线谱（EDS）对薄膜中金属元素组分进行了测量，分析得出薄膜中金属元素组分与靶材中的组分偏离在5%以内。对经过750℃空气中退火后的薄膜结构、电学和光学性质也进行了研究。实验结果表明：退火后薄膜具有单一立方尖晶石结构，且薄膜表面致密、均匀性好；薄膜的传导机制遵循小极子跃迁传导，在240~330K范围内符合VRH模型，其激活能和电阻温度系数（TCR）在室温下（300K）分别为0.297eV和-3.83%K-1；薄膜在紫外-可见波段具有较高的吸收率，间接带宽为0.61eV。

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