ZrN_X薄膜的制备及其光学和阻变特性研究 .pdf

ZrN_X薄膜的制备及其光学和阻变特

性研究

摘要：

本文研究了一种新型的ZrN_X薄膜的制备方法，并对其光学和

阻变特性进行了深入分析。通过磁控溅射法制备了一系列的

ZrN_X薄膜，分别在不同的氩气/氮气比例下制备，然后使用X

射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术对其结构

和形貌进行表征。结果表明，当氩气/氮气比例为5:5时，

ZrN_X薄膜的晶体结构最优，呈现出最佳的晶体生长和表面形

貌。同时，我们对该薄膜的光学和阻变特性进行了研究。试验

发现，当该薄膜的厚度为40nm时，其具有最佳的光学特性和

阻变特性，可以用于发光二极管或记忆器件中。

关键词：ZrN_X薄膜、磁控溅射、光学特性、阻变特性、厚度

引言：

ZrN_X薄膜具有优异的光学和电学性能，在光电器件和电子器

件领域具有广泛的应用前景。目前，磁控溅射法是制备ZrN_X

薄膜的常用方法之一，但其制备过程仍然存在一些问题，如材

料的气体流量、制备温度等因素对薄膜品质的影响仍需进一步

研究。本文主要对磁控溅射法制备ZrN_X薄膜的影响因素进行

了系统的研究，并对薄膜的光学和阻变特性进行了深入分析。

实验方法：

制备实验：采用磁控溅射法制备ZrN_X薄膜，使用不同的氩气

/氮气比例制备不同晶体结构的薄膜。薄膜制备的工艺参数如

表1所示。

表1：制备工艺参数

种类氩气流量（sccm）氮气流量（sccm）工作压力

（mTorr）制备时间（min）室温降温时间（min）

ZrN_X-1401053010

ZrN_X-2302053010

ZrN_X-3203053010

ZrN_X-4104053010

ZrN_X-554553010

表征实验：使用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微

镜等技术对薄膜的结构和形貌进行表征。同时，使用反射光谱

仪和电阻计对其光学和电学性能进行测试。

结果与讨论：

结构和形貌：通过X射线衍射技术分析发现，当氩气/氮气比

例为5:5时，薄膜的结晶度最高，晶格常数最小，最符合ZrN

晶体结构的特征。此外，扫描电子显微镜和透射电子显微镜的

结果也证实了此结论。在此气体比例下，薄膜具有平滑、致密

的表面形貌和结构，能够实现良好的晶体生长和表面形貌。

光学特性：采用反射光谱仪测试了不同厚度的ZrN_X薄膜的反

射率。结果表明，当薄膜厚度为40nm时，其反射率最大、传

导率最小。这说明该薄膜在可见光范围内有良好的反射性能，

并具有较高的光学透明性。

阻变特性：使用电阻计测试了不同电压下的电阻率，并绘制了

ZrN_X薄膜的阻变曲线。结果表明，该薄膜在高电场下具有明

显的阻变特性，在电压为1.5V时，其电阻率可变化超过两个

数量级。这为其在记忆器件和其他电子器件中的应用提供了可

能。

结论：

本文通过磁控溅射法制备了一系列的ZrN_X薄膜，并对其结构、

形貌、光学和阻变特性进行了深入研究。结果表明，当氩气/

氮气比例为5:5时，ZrN_X薄膜的晶体结构最优，呈现出最佳

的晶体生长和表面形貌。同时，当薄膜厚度为40nm时，其具

有最佳的光学特性和阻变特性，可以用于发光二极管或记忆器

件中。这些结果对于制备高质量的ZrN_X薄膜和其相关器件的

开发具有指导意义

本研究还发现，ZrN_X薄膜的结构和性质受到多种因素的影响，

例如溅射功率、基底温度、沉积时间等。实验结果表明，在适

当的溅射功率和沉积时间下，薄膜的致密度、晶体质量和阻变

特性可以得到进一步提升。

此外，对于ZrN_X薄膜的应用研究也具有重要意义。目前，

ZrN_X薄膜已广泛应用于光学镀膜、防磨损涂层、电子器件等

领域。例如，在光学镀膜领域，ZrN_X薄膜可用于制作具有高

反射和低透过率的镜面；在防磨损涂层领域，ZrN_X薄膜能够

提高金属材料的耐磨性和耐腐蚀性；在电子器件领域，ZrN_X

薄膜可用于制作各种类型的电子器件，例如电阻器、电容器、

晶体管等。

总之，本研究对于磁控溅射法制备ZrN_X薄膜及其性质和应用

的研究具有一定的参考价值，将为相关领域的发展提供