鋁納米晶的低溫電阻率特性研究.pdf

1、鋁因有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、抗腐蝕性能、加工成型等特性而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域。隨著科技發(fā)展，許多領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊笤絹碓礁?。而納米級結(jié)構(gòu)材料的相關(guān)性能得到顯著提高，如塊體鋁納米晶的硬度和強(qiáng)度相比于粗晶鋁增大3~11倍。激光慣性約束聚變（ICF）物理實驗要求選用的材料在低溫環(huán)境中不僅要有良好的蓄冷能力，還需具備一定的抗輻照性。研究表明鋁納米晶的蓄冷能力和抗輻照性能都高于粗晶鋁，從而使鋁納米晶有望成為ICF物理實驗的一種主選

2、材料。研究鋁納米晶低溫電阻率特性，不僅可以完善納米晶材料的物性特性，更有望發(fā)掘鋁納米晶的潛在應(yīng)用價值。如：具有良好的抗輻射性、靈敏度以及選擇性的鋁納米晶制成傳感器能適應(yīng)更加惡劣的工業(yè)環(huán)境；納米級厚度的鋁納米晶薄膜能節(jié)省更多的空間，有望制成微型加熱器等。為此，本文就鋁納米晶塊體/薄膜電阻率隨溫度（8 K~300 K）變化的相關(guān)規(guī)律展開初步研究，主要研究成果有：
　　（1）溫度在8 K~30 K范圍內(nèi)，粗晶鋁電阻率隨溫度變化呈現(xiàn)出T4

3、規(guī)律。由于電子的平均自由程遠(yuǎn)大于晶粒尺寸，形成晶界/表面電子-聲子散射，從而使鋁納米晶低溫電阻率隨溫度變化不僅呈現(xiàn)出T4變化，還呈現(xiàn)出顯著的T3變化。
　　（2）當(dāng)溫度高于120 K時，由于電子平均自由程小于晶粒尺寸，晶界/表面效應(yīng)對電子輸運過程沒有影響，鋁納米晶和粗晶鋁一樣，其電阻率隨溫度呈線性增加趨勢。
　　（3）鋁納米晶塊體顆粒之間存在大量孔洞等缺陷，增大電子散射概率；而且鋁納米顆粒表面包裹著非晶氧化鋁層，降低電子平均

4、濃度，從而使鋁納米晶塊體殘余電阻率（5.24×10-4Ωm）比粗晶鋁（2.01×10-10Ωm）高5~6個數(shù)量級。
　?。?）隨著鋁納米晶薄膜厚度的增加，平均晶粒尺寸增加，則電子與晶內(nèi)聲子散射幾率增大，被晶界散射的概率降低。鋁納米晶薄膜晶界電子-聲子散射形成的T3項的系數(shù)隨著厚度的增加而降低，晶內(nèi)電子-聲子散射產(chǎn)生的T4項的系數(shù)隨著厚度的增加而增加，即晶內(nèi)電子-聲子散射強(qiáng)度隨著厚度的增加而增強(qiáng)，晶界電子-聲子散射強(qiáng)度逐漸變?nèi)酢?b

5、r>　　（5）由于表面散射、晶界散射、晶內(nèi)缺陷散射和雜質(zhì)散射，使鋁納米晶薄膜殘余電阻率比粗晶鋁的殘余電阻率大2~3個數(shù)量級，并且殘余電阻率隨著薄膜厚度的增加而降低。當(dāng)薄膜厚度低于電子平均自由程及晶粒尺寸時，影響薄膜殘余電阻率的主要散射機(jī)制為電子-表面散射。當(dāng)薄膜厚度大于晶粒尺寸時，殘余電阻率隨厚度變化不明顯，表明電子-表面散射對薄膜殘余電阻率影響很弱。由于鋁納米晶薄膜中納米顆粒緊密相連，薄膜致密度高，孔洞等宏觀缺陷含量低，則鋁納米晶薄膜