乐山干式变压器的制备及性能摘要

乐山干式变压器的制备及性能摘要

通常认为有三种晶体结构六边纤锌矿结构B4、立方闪粹矿结构B3和比较罕见的 NaCl 式八面体岩盐B1结构。常态下热力学稳定相是纤锌矿结构亚稳态的闪锌矿结构 ZnO 只能生长在立方衬底上岩盐NaCl 结构的 ZnO 在相对高压下才可能获得。此外理论计手 机：13287501888算的结果表明可能存在第四相——立方 CsCl B2结构这种结构在极端高温下有可能存在但是在实验中还没 有获得这种结构的 ZnO。纤锌矿 ZnO 的晶体结构为图 1 所示的六地 址：山东聊城经济开发区华山路南首30号角边形晶格结构。 这种六角形晶格属于空间组 P63mc特征为两个相互连接的 Zn2和 02-子格形成四面体。这种四面体沿着六角边形的轴产生极性对称。ZnO 的很多性质例如自发和压电极化都是源于这种极性这也是晶体生长、腐烛和缺陷产生的关键因素.2.2 高质量 C 轴取向的 ZnO 薄膜的控制生长 ZnO 薄膜的生长通常采用的是0001面蓝宝石衬底这种蓝宝石衬底材料具有斜方六面体结构晶格常数为 a 0.4754nmc 1.299 nm。而正如我们所知 ZnO 的晶格常数为 a 0.32496 nm c 0.52065 nm所以直接生长时衬底和薄膜之间失联系人：陈经理配高达 18.3即便是采用低温 ZnO 缓冲层仍然很难释放界面处因失配而产生的巨大应力因此需要一种晶格常数介于上两者之间的材料来充当适当的缓冲层。在高质量的 ZnO 薄膜的制备中MgO 常作为一种很有效的缓冲层来调节 ZnO 薄膜与蓝宝石衬底之间的失配。岩盐结构的 MgO 晶格常数为 a0.4216 nm介于蓝宝石衬底和 ZnO 薄膜之间能够很好的释放应力提高 ZnO 薄膜的质量。Pecz B.等人研究了蓝宝石衬底上生长 ZnO 薄膜时MgO 缓冲层对其结构特性的影响得到了明显 结果表明 MgO 缓冲层明显的改善了薄膜的质量。C 轴取向的 ZnO 薄膜。 Chen Yefan等人也报道了利用 MgO 缓冲层在蓝宝石0001面上二维生长 ZnO 外延层。研究发现:MgO 缓冲层能够非常有效地改善生长表面的形貌30。的面内旋转完全消失整体位错密度明显降低。4.2 K 下的光致发光光谱观察到清晰的自由激子发射峰也表明 ZnO 外延膜具有较高质量。正如我们所知在半导体材料中缺陷密度的高低和结晶质量的好坏也会影响到材料的电学性质包括迁移率、背底载流子浓度及电阻率等然而还没有看到 MgO 缓冲层对 ZnO 薄膜的电阻率等电学性质产生很大影响的报道。所以我们研究了在低温 ZnO 缓冲层的基础上额外引入 MgO 缓冲层对 ZnO 薄膜结构、光学性质及电学性质的影响。2.2.1 薄膜生长衬底清洗 衬底洁净与否将会直接影响到后续薄膜生长的质量及器件的性能因此我们对蓝宝石0001衬底进行清洗清洗的流程如下:1、将衬底放入洗干净的烧杯中然后倒入丙酮在沸腾的丙酮中煮 10 分钟重复两 次2、在丙酮溶液中超声清洗 5 分钟重复两次3、在乙醇溶液中超声清洗 5 分钟重复两次4、在去离子乐山干式变压器电阻率大于等于 18Mfgtcm中超声清洗 5 分钟重复两次5、在 16rC 的 H3PO4 和 H2SO4 的混合溶液H3PO4: H2SO4-I: 3中浸泡 30 分 钟进行化学刻烛6、迅速取出并用去离子水冲洗干净7、在去离子水中超声清洗 5 分钟重复两遍以上清洗期间不要让衬底露出液面暴 露到空气中8、用高纯氮吹干期间避免镊子接触衬底表面。 以上清洗的目的主要是为了去掉衬底表面的有机物杂质用丙酮和乙醇和无机物杂质及机械抛光造成的表面损伤用 H3PO4 和 H2SO4 的混合溶液薄膜生长 ZnO 薄膜的生长采用的是射频等离子体辅助分子束外延系统RF-MBE该系统由 MBE—IV 型系统和一个 13.56 MHz 的射频等离子体单元组成。具体生长过程如下:1将干净的蓝宝石0001衬底安装在钼材质的衬底盘上将衬底盘通过进样室传 入预生长室。2当预生长室的基压小于 5x10Pa 时将衬底盘加热至 80rC并维持 30 分钟。实现 衬底的高温去气处理。3将衬底盘传入生长室并在 70rc 下用氧等离子体将衬底处理 20 分钟其中射频 功率保持在 280 W氧气的流量通过质量流量计控制在 1.4SCCM生长室的基压 为 9x10∧8pa。4进入预定程序开始薄膜生长其中生长所用的 Zn 金属源的纯度为 99.9999 Mg 金属源的纯度为 99.999 期间射频源的功率维持在 300 W氧气流量维持在 1.5 SCCM。 为了探究引入 MgO 缓冲层厚对 ZnO 薄膜的质量将会产生如何影响我们生长有了有无该缓冲层的以下两种 ZnO 薄膜如图 2 所示。 图2 蓝宝石衬底上生长 ZnO 薄膜的流程图 样品 A 无 MgO 缓冲层的生长过程如下:1在衬底温度为 450 °C 的相对低温情况下生长 20 nm ZnO 缓冲层LT-ZnO。2将衬底温度升值 80rc退火处理 10 分钟。3在衬底温度为 650 °C 的相对高温情况下外延生长约 300 nm 的 ZnO 薄膜HT-ZnO。 样品 B 有 MgO 缓冲层的生长过程如下:1在衬底温度为 520°C 下生长 MgO 缓冲层厚度大约为 3 nm。2将衬底温度升值 800°C退火处理 10 分钟。3在衬底温度为 450°C 的相对低温情况下生长 20 nm ZnO 缓冲层LT-ZnO。4将衬底温度升值 80rc退火处理 10 分钟。