多晶TaNx薄膜电输运性质研究：从超导到金属-绝缘体转变

"多晶TaNx薄膜的电输运性质研究" 这篇论文主要探讨了多晶TaNx薄膜的电输运性质，该研究由周定邦、刘新典和李志青等人进行，得到了国家自然科学基金和高校博士点基金的支持。TaNx薄膜是一种重要的材料，通常用于半导体器件中，其电性能对于器件的性能至关重要。 通过射频溅射法，研究团队在石英玻璃基底上制备了一系列具有面心立方结构的多晶TaNx薄膜。这一方法是制备薄膜材料的常见技术，它利用射频能量轰击靶材，使靶材原子飞溅并沉积在基底上形成薄膜。在不同的基底温度下制备薄膜，可以控制其晶体结构和微结构，进而影响其电学性质。 分析结果显示，这些薄膜呈现多晶结构，晶粒尺寸随基底温度的升高而逐渐增大。多晶结构意味着薄膜内部存在多个结晶方向不同的晶粒，这可能影响电子在薄膜中的传播路径和散射机理。 在电输运性质方面，研究发现TaNx薄膜在低温下表现出类似于超导体-绝缘体颗粒膜的行为。这种现象可能源于低温下电子配对形成库珀对，导致电阻率降低。随着温度的升高，薄膜在10-30K区间显示出类似金属-绝缘体颗粒膜的特性，可能是由于部分区域的导电性增强，而其他区域仍保持绝缘状态。在70K以上，薄膜的电阻率主要受热涨落诱导的遂穿导电机制控制，这是因为在较高温度下，电子能够通过晶界等缺陷进行隧穿，从而影响电阻率的温度依赖性。 值得注意的是，研究指出TaNx多晶薄膜的电阻率较高，且电阻温度系数为负值，这意味着随着温度的升高，电阻率会下降。这一特性在某些应用中是有益的，例如在热管理或温度感应器件中。 关键词涵盖了电输运性质、多晶TaNx薄膜、电阻率和电阻温度系数，这些都是材料科学研究的核心内容。中图分类号O484.315将该研究归类于物理化学领域的固态物质结构与性质研究。 这项工作深入研究了多晶TaNx薄膜的电输运性质，揭示了温度对薄膜电性能的影响，为优化TaNx薄膜的制备工艺和理解其在实际应用中的行为提供了理论基础。