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文檔簡介
1、近年來,由于半導(dǎo)體集成電路制造業(yè)的快速發(fā)展,導(dǎo)致濺射靶材這一高附加值電子材料具有廣闊的市場。密實的氧化錫陶瓷材料是一種具有直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料,具有良好的化學(xué)、機械、熱穩(wěn)定性、遷移率高的特征,是一種潛在的代替ITO的材料。SnO2薄膜作為一種優(yōu)良的功能材料,在透明導(dǎo)電薄膜和化學(xué)氣敏傳感器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。由于SnO2燒結(jié)性能很差,高溫很難致密化,所以關(guān)于SnO2陶瓷靶材報道極少,而且關(guān)于SnO2陶瓷的致密化機理和導(dǎo)電機理眾說
2、紛紜,還存在爭議。
本論文首先制備純SnO2陶瓷靶材,首先采用放電等離子體燒結(jié)方法(SPS),通過對燒結(jié)溫度、壓力、保溫時間及升溫速率等工藝參數(shù)分析,在燒結(jié)工藝為1000℃-40MPa-3min-200℃/min,獲得純SnO2陶瓷靶材的相對密度為96.6%。冷等靜壓-燒結(jié)法無法制得高致密度的SnO2陶瓷靶材。
純SnO2陶瓷靶材的致密化的研究結(jié)果表明:SPS制備純SnO2陶瓷靶材的致密化機理主要有兩種,一是
3、SPS燒結(jié)過程中產(chǎn)生的局部高溫,引起晶粒的異常長大,局部高溫產(chǎn)生高的蒸汽壓差,傳質(zhì)通過蒸發(fā)-凝聚的方式傳遞;二是SPS燒結(jié)過程產(chǎn)生的Sn2+取代Sn4+,產(chǎn)生氧空位促進SnO2致密化。冷等靜壓-燒結(jié)法主要是蒸發(fā)-凝聚的傳質(zhì)。
其次采用機械混合的方法制備Sb2O3摻雜SnO2復(fù)合粉體,系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度、Sb2O3摻雜量對致密度影響。800℃-1000℃,都能得到高致密的ATO(97.56SnO2-2.44Sb2O3)陶瓷靶
4、材,在1000℃-40Mpa-200℃/min-3min,燒結(jié)ATO(99SnO2-1Sb2O3),得到陶瓷相對致密度達到98.2%。適量Sb2O3有利于促進SnO2低溫化致密。
ATO陶瓷試樣的SPS致密化過程主要以下四種機制共同作用的結(jié)果:一是SPS燒結(jié)過程中,局部高溫產(chǎn)生的晶粒異常長大,以蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì);二是Sn2+取代Sn4+產(chǎn)生氧空位以促進SnO2致密化;三是燒結(jié)致密化主要以Sb3+固溶到SnO2晶格中產(chǎn)生氧空位
5、為主來促進致密化。Sb3+與Sn4+電價不同,Sb3+(0.076)取代Sn4+時,會使臨近的氧原子脫離形成大量氧空位,并且促進晶體生長來促進SnO2陶瓷的致密化。四是Sb5+作為施主摻雜取代SnO2中的Sn4+和Sn2+,以及Sb3+取代Sn2+,阻礙SnO2顆粒的結(jié)合與長大,不利于SnO2的致密化。
SPS制備ATO陶瓷電性能,當(dāng)Sb摻雜濃度較低時,如Sb摻雜量為0.1%時,Sb5+取代Sn4+施主摻雜為主;隨著Sb摻
6、雜量的增加,如Sb摻雜量為2.44%時,Sb5+/Sb3+增加,載流子濃度主要由Sb5+/Sb3+的比值來決定,以Sb5+施主摻雜為主,晶粒異常長大減少有效晶界面積;當(dāng)Sb摻雜量增加到一定程度,Sb5+/Sb3+比值反而下降,電導(dǎo)率主要由Sb5+的施主摻雜和氧空位來決定。
為了進一步提高陶瓷靶材的性能,最后采用半濕法制備ZnO摻雜SnO2、Sb2O3摻雜SnO2、ZnO-Sb2O3摻雜SnO2的復(fù)合粉體。
當(dāng)
7、SPS燒結(jié)工藝1000℃-40MPa-3min-200℃/min時,ZnO摻雜量1mol%時,可獲得SnO2-ZnO陶瓷靶材密度的極大值6.98 g·cm-3,相對密度的極大值99.8%;SnO2-1Sb2O3陶瓷靶材密度和相對致密度均達到最大值6.88 g·cm-3和98.3%;SnO2-1ZnO-1Sb2O3陶瓷靶材密度和相對致密度均達到最大值6.96 g·cm-3和99.2%。
摻雜Sb2O3的ATO陶瓷的室溫電阻率
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