介质薄膜的性质,半导体薄膜的性质详解.pptx

9.3 介质薄膜的电学性质 9.4 半导体薄膜的性质 9.5 薄膜的其他性质 2015.05.26 9-3 介质薄膜的电学性质 一、绝缘性质 二、介电性质 三、压电性质 四、热释电性质 五、铁电性质 介质薄膜电学性质 一、介质薄膜的绝缘性质 介质薄膜绝缘性能的研究主要是为了制作薄膜电子元器件中的绝缘层。对绝缘性能的研究主要是电导和击穿特性 介质薄膜的电导 在测量介质薄膜的电导时，需在介质膜的两面制作电极，形成金属一介质一金属(MIM)结构，只有在电极与介质的接触是欧姆接触时，测出的电导才是介质膜的电导。 1．介质薄膜电导的分类 1)按载流子的性质：可分为离子型电导和电子型电导。通常两种同时存在。 2)按载流子的来源分，离子电导和电子电导都有两种来源：一种是来源于介质薄膜本身的，称本征电导；另一种是由膜中的杂质和缺陷引起的电导，称为杂质电导或非本征电导。 2．介质膜的电导与场强和温度的关系 1)通常在低场强(E105V／cm)下，离子电导符合欧姆定律；例如当介质膜用于电子元器件中作为隔离层或保护层使用时的情况。 2)而在高场强(E106V／cm)下，电导为非欧姆性的；例如介质膜用作电容器中的工作介质时的情况。 3)在一般电场条件下,介质薄膜 的电导率?随温度升高而增加。 高温下为本征电导，中低温时 不同温度范围激活能不同。 介质薄膜的击穿 当施加到薄膜上的电场强度达到某一数值，它便立即失去绝缘性能，这种现象叫做击穿。 从击穿对薄膜造成的影响分类 1）如果击穿电场持续加在薄膜上，将有较大电流通过将其烧毁，这种击穿成为硬击穿。 2）有些介质膜在击穿时并不烧毁而是长期稳定的工作维持低阻态，这种膜的击穿成为软击穿。 从击穿机理分类 1) 由于外加电场引起的击穿称为本征击穿 2) 因薄膜缺陷引起的击穿称为非本征击穿 介质膜的本征击穿 本征击穿由电击穿和热击穿共同作用完成。 电击穿是介质膜中载流子在临界电场作用下产生电子倍增而形成的击穿。 电击穿时电子雪崩式增加，产生大量焦耳热，介质膜温度迅速上升，介质膜电导随温度上升指数型增加，进一步导致电流增大，最后造成局部地区产生热分解、挥发或熔化，促成热击穿。 常见介质膜的击穿场强 对于同一种介质膜，因制造方法不同其击穿场强有较大的区别，产生这种差异的原因是不同制造方法在介质薄膜制备过程中产生的针孔、微裂痕、纤维丝和杂质缺陷等不同。 二、介质薄膜的介电性质 作为薄膜电容器使用时，其电学性质主要研究的是介电常数和介质损耗。 介质薄膜的介电常数 根据极化性质的不同，将介质薄膜分为极化型介质薄膜和非极化型介质薄膜。 由于极化强弱与介质薄膜中总电荷数以及电荷间相互作用强弱有关，所以介质薄膜介电常数与原子序数有关。 介电薄膜的温度系数也是其介电性能的重要参数。 ① 在测量温度系数时必须在介质膜上制备欧姆接触电极，构成一个片状电容器。在测量电容器温度系数后再推求出介电常数的温度系数 ② ③ ③式中αd为薄膜厚度热膨胀系数，可直接测出。 介质薄膜的损耗 对薄膜施加交变电场后，由于电导和极化方面的原因，必然产生能量损耗，用损耗角δ的正切值tanδ（%）表示 介质薄膜的损耗由三部分构成 电导损耗。在低频下比较显著。 弛豫型损耗。与交变电场频率有密切关系，高频显著。 非弛豫型损耗。由膜内不均匀性造成，与频率几乎无关。 三、介质薄膜的压电性质 带电粒子在应力作用下发生相对位移而极化，在晶体两端产生符号相反的束缚电荷，电荷密度与应力成线性关系。这种由于应力作用使表面产生极化电荷的现象称为正压电效应。 当晶体受到电场作用时在它的某个方向发生应变，且应变与场强成线性关系，称为负压电效应。 这两种效应综合在一起称为压电效应。目前应用最多的压电薄膜有ZnO和AlN 压电薄膜的结构 为了产生极化电荷，要求： （1）离子晶体 （2）晶体结构没有对称中心 （3）所选材料各微晶基本上有相同取向 （4）微晶原子排列上要求立方晶结构闪锌矿或者六方晶结构纤锌矿。 压电