負溫度係數熱敏電阻是常見的溫度測控元件, 具備測溫精度高, 靈敏度高, 可靠性好, 成本低, 工作壽命長等特點, 在航空, 海洋和民用等領域廣泛應用. 隨著電子工業和資訊技術水平的不斷進步, 現代電子資訊系統正朝向微小型化和單片整合的方向發展. 相比於塊體陶瓷型熱敏電阻, 薄膜型NTC熱敏電阻更易實現溫度感測器微型化, 整合化的目標, 在半導體, 整合電路, 微納器件等領域具有廣闊的應用前景.
中國科學院新疆理化技術研究所材料物理與化學研究室常愛民研究團隊致力於薄膜型NTC熱敏電阻材料及元器件的研發. 先後採用雷射分子束外延技術, 雷射脈衝沉積技術, 化學溶液沉積技術製備出了具有良好擇優取向的NTC熱敏電阻薄膜. 為了進一步實現薄膜材料的器件化, 該團隊科研人員在比較了各種薄膜製備技術的優劣後, 選擇磁控濺射法製備具有穩定負溫度係數熱敏特性的薄膜材料.
研究發現, 採用磁控濺射方法製備的錳鈷鎳基NTC熱敏電阻薄膜的電子躍遷頻率, 電阻溫度係數以及特徵溫度均與薄膜厚度有關. 霍爾效應測試結果顯示, 當厚度小於693nm時, 材料的1/v0和αT=303K隨著厚度增加而增大, 當厚度大於693nm時, 材料的1/v0和αT=303K隨著厚度增加而減小. 實驗結果表明, 當薄膜厚度處於265-693nm時, 薄膜中Mn3+/Mn4+比例顯著減少, 而當膜厚繼續增加到693-887nm時, Mn3+/Mn4+比例也隨之增加. Mn3+/Mn4+的比例直接影響了材料的特徵溫度, 這說明厚度將影響到熱敏薄膜材料對溫度變化的敏感程度. 相關研究結果發表在《應用表面科學》 (Applied Surface Science) 上.
該項工作的開展為新疆理化所重點研發項目 '基於鍵合整合技術的海洋測溫熱敏感測器晶片研究' 打下了理論基礎. 相關研究工作得到中國科協青年人才托舉工程, 中科院西部青年學者B類項目等的資助.
