薄膜电容器范文1
随着电力、电子技术的普及和提高，高频脉冲电容器、直流高压电容器、高压并联电容器等特种电容器的需求量越来越大。其用途主要有以下几个方面。，全国公务员公同的天地
．高压并联电容器：该电容器是为输压、变压线路使用的高压开关柜专门配套的高压电力电容，以改善线路功率因素为目的。
．高频脉冲电容器：该电容器功能是利用电容器储存的能量产生脉冲大电流。主要用于电磁加速器、核聚变、脉冲激光电源等性能试验装置。
．直流高压电容器：该电容器主要在高电压大容量电压换流电源中作滤波电容器用。
二、国外、国内高压金属化薄膜电容器的发展状况及市场状况
近几年来，国外一些厂家开发、研制出的该类型电容器已形成批量生产和投放市场使用。而我国虽然有众多的电容器生产厂家，但该类型的电容器在生产方面还刚刚起步，其品质也无法与国外一些厂家生产的产品进行比较，其品质差别和市场占有率主要如下；
．国外该类型电容器的发展及市场状况：现在国外具有先进水平的生产厂家有、、等公司，这些公司生产的电容器主要特点是在恒定容量和恒定电压下，其尺寸和重量均为国产的一半，其使用寿命确保在年以上。现公司已开发、研制出万伏高压并联电容器并投入使用，现占领国内市场。
．国内该类型电容器的发展及市场状况：现在国内的生产家生产的同类型电容器产品其尺寸和重量均比国外的产品要大得多和重得多，其使用寿命在年到年之间。到万伏的高压并联电容器还在研制中，未能进行批量生产并投入使用。
三、投产电容器的目的及项目：
．投产目的：为了满足国外、国内市场对具有高电压、大电流负载承受能力、高安全性的金属化薄膜高电压电容器越来越大的市场需求，对该类型的电容器的开发、研制和对现有电容器生产设备及工艺技术的改造也势在必行。针对此现像，公司经研究自身在国际上的销售网络优势，决定出资引进国外先进设备，以满足国外、国内市场对该类型电容器越来越大的需求，填补国内空白、不足之处。
．电容器项目及其用途如下：
高电压并联电容器：该电容器是为到万伏输压、变压线路使用的高压开关柜专门配套的高压电力电容，全世界需求量非常大。我国在此方面尚属空白。如：中国的三峡工程、平顶山，沈阳和西安高压开关厂为万伏输压、变压线路项目配套的开关柜采用电容全部从国外进口。
小型化高频脉冲电容器及直流高压电容器：可用于电磁加速器、核聚变脉冲激光电源等性能试验装置及冲击电压、电流发生装置。
四、高压金属化薄膜电容器投产后市场预测：
因国内对金属化薄膜高电压并联电容器、高频脉冲电容器、直流高压电容器的需求量越来越大且其现在供给状况为全部依靠进口，故如该类型产品在国内生产，将具备很强的市场竞争力。其市场销售预测为：
高电压并联电容器：现国内为万伏输变线项目配套采用该电容全部从国外进口。预计我公司产品推出市场后年到年内将占领国内一定的份额。
．高频脉冲电容器、直流高压电容器现国内电力机车配套采用该电容全部从国外进口。预计我公司产品推出市场后年到年内将占领国内一定的份额。
五、投产所需引进的全自动卷绕机设备及其技术要求
．金属化薄膜高压并联电容器、高频脉冲电容器、直流高压电容器因其使用强场非常高，承受的冲击电流非常大，所以对电容器的耐电压强度、电晕起始电压特性要求非常高，因此电容器元件在卷制过程中应尽可能保持恒张力和尽可能避免膜层间有空隙和皱纹产生。
薄膜电容器范文2
【关键词】双面金属化；膜箔结构；大电流；高dV/dt
1.引言
薄膜电容器是电子整机和电器、电力设备必不可少的基础元件，广泛应用于音像设备、家用电器、汽车电子、电器设备等领域。随着电子工业和信息技术的高速发展，薄膜电容器的市场需求越来越大，对电容器的结构、技术性能、可靠性水平，以及耐压、耐流、高频损耗等性能指标提出了越来越高的要求。以铝箔为电极的电容器，具有端面接触好，流通电流大的特点，铝箔和单面金属化薄膜为结构的电容器在市场上使用多年，应用广泛，性能稳定，但随着镀膜工艺的发展，近年来，开发了薄膜上双面蒸镀金属的工艺，双面镀金属的薄膜与单面镀薄膜相比，具有流通电流更大的特点。笔者根据铝箔和双面镀金属的薄膜具有的上述特点，开发出一款可以承受大电流，高dV/dt、低损耗的电容器。
2.电容器的构造及原理
2.1 双面镀金属化薄膜
金属化薄膜，是在真空条件及高温下，将金属蒸发为气体沉积在薄膜基材的表面而形成复合薄膜的一种工艺。根据电容器的设计参数要求，如耐电压，耐电流值，调整金属层厚度，薄膜上的金属层厚度一般是几十纳米。如图1所示，在薄膜的双面上蒸镀金属，比单面镀薄膜增加了电流流过的横截面积，因此在单位时间内流过的电流更大[1]。
2.2 电容器的结构
从图2可以看出：
1）为电容器芯子是由金属化薄膜，铝箔，或者薄膜根据电容器的设计由机器卷绕而成。
2）为引出线，是由焊接机焊接在喷金层面上，安装在电路板上。
3）为环氧树脂，包封电容器芯子，避免空气湿气进入电容器芯子内部，也有阻燃作用。
4）为喷金层即金属颗粒层，经过特殊的工艺，粘附在芯子端面，介于芯子端面和引线之间，起连接二者，导通电流的作用。
5）为塑料外壳，固定电容器外形尺寸，有阻燃作用。
2.3 内部芯子结构
图3中，铝箔做为外电极，双面金属化薄膜是内电极，聚丙烯薄膜做介质。此设计的优点在于，铝箔做外电极，与端面接触好，耐大电流，抗脉冲能力强；双面金属化做内电极，增加了电流的横截面积，流通大电流，并且金属化薄膜具有自愈性，可恢复性，不易电晕，耐高交流电压的特点。结构上，内部芯子设计为内串式，即两个电容串联在芯子内部，此设计可以承受更高的直流和交流电压。
2.4 工艺制造过程
工艺制造过程简图如图4。
薄膜和铝箔为原材料在机器上卷绕成圆柱体，在一定的温度、压力、时间的条件下热压成扁形的芯子，然后用纸胶带包住电容器芯子，只露出芯子端面，在露出的端面上喷金属，利于引线焊接在端面上，喷金完的电容器芯子在一定的温度和时间下，进行热处理，除去电容器内部的湿气，然后在机器上焊接引线，装上塑料外壳，灌封环氧树脂，填充整个外壳，在组装机内进行预烘，保证环氧料干燥，再进行外观检查，检查出歪脚，毛刺，外观环氧，脚距不符合的产品，外观合格的产品进行后固化，使环氧树脂固化，电容器性能更加稳定，然后在电容器侧面打印标志，再进行电参数测试，检验，最后包装、发货。
3.相关实验
额定电流是由击穿模式决定的脉冲电流（峰值电流，即由dV/dt所限制的）和连续电流（以峰峰值或有效值表示）组成，当使用时，需确认这两个电流都在允许范围之内。
3.1 连续电流
由于电容器存在损耗，在高频或高脉冲条件下使用时，通过电容器的脉冲（或交流）电流会使电容器自身发热，使电容器的温度升高。通过监测电容器表面温度的变化，来测试流经电容器的电流。电容器表面温升的测试方法如图5。
在环境温度是常温下，测试典型频率下典型容量的电流值发（如表1）。
3.2 dV/dt值
通过电容器的脉冲（或交流）电流等于电容量C与电压上升速率的乘积，即I[2]=C×dV/dt，从此公式可以看出dV/dt是描述瞬间脉冲电流的参数，dV/dt值大，说明承受瞬间脉冲电流的能力比较强。
根据公式：放电电阻值[2]设定放电电阻值，得出dV/dt数值。一般情况下，Vp=UR，若工作电压（Vp）低于额定电压（UR），电容器可以工作在更高的dV/dt场合。试验中对电容器进行一定数量的充放电，然后测试电容器的性能，得出如表2所示数值。从表2数据可以看出，相比于其他类型的薄膜电容器，此结构的电容，dV/dt值比较高。
4.产品参数
经过一系列的实验验证，此款电容器不仅有良好的电流，抗脉冲特性，还满足以下性能参数，如表3所示。
5.结语
此款电容不仅具有箔式电容耐大电流以及端面接触好，抗脉冲能力强，高dV/dt值的特点，也具有金属化膜的可自愈性，不容易电晕，耐高电压，耐大电流的特点，可以应用在不同交流电压，高频大脉冲，大电流的场合，目前已经在市场上投入使用，性能良好，可以满足客户端的要求。
参考文献
[1]包兴，胡明.电子器件导论[M].北京理工大学出版， 2001.
[2]陈季丹，刘子玉.电介质物理学[M].机械工业出版社， 1982.
薄膜电容器范文3
论文摘要： 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。
1 膜材料的发展
在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。
自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有k＋通道、cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。
2 膜材料的应用
人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。
利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。
膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。
更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1]
3 膜材料的分类
近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。
薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。 目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。
3.1金刚石薄膜
金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔[2]。
近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。
金刚石薄膜属于立方晶系,面心立方晶胞,每个晶胞含有8个c原子,每个c原子采取sp3杂化与周围4个c原子形成共价键,牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因.金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数效、化学稳定性高、热导率高、热膨胀系数小,是优良的绝缘体。
利用它的高导热率,可将它直接积在硅材料上成为既散热又绝缘的薄层,是高频微波器件、超大规模集成电路最理想的散热材料。利用它的电阻率大,可以制成高温工作的二极管,微波振荡器件和耐高温高压的晶体管以及毫米波功率器件等。
金刚石薄膜的许多优良性能有待进一步开拓,我国也将金刚石薄膜纳入863新材料专题进行跟踪研究并取得了很大进展、金刚石薄膜制备的基本原理是:在衬底保持在800~1000℃的温度范围内,化学气相沉积的石墨是热力学稳定相,而金刚石是热力学不稳定相,利用原子态氢刻蚀石墨的速率远大于金刚石的动力学原理,将石墨去除,这样最终在衬底上沉积的是金刚石薄膜。
3.2铁电薄膜
铁电薄膜的制备技术和半导体集成技术的快速发展,推动了铁电薄膜及其集成器件的实用化。铁电材料已经应用于铁电动态随机存储器(fdram)、铁电场效应晶体管( feet)、铁电随机存储器( ffram)、ic卡、红外探测与成像器件、超声与声表面波器件以及光电子器件等十分广阔的领域[3]。铁电薄膜的制作方法一般采用溶胶-凌胶法、离子束溅射法、磁控溅射法、有机金属化学蒸汽沉积法、准分子激光烧蚀技术等.已经制成的晶态薄膜有铌酸锂、 铌酸钾、钛酸铅、钛酸钡、钛酸锶、氧化铌和锆钛酸铅等,以及大量的铁电陶瓷薄膜材料。
3.3氮化碳薄膜
1985年美国伯克利大学物理系的m.l.cohen教授以b-si3n4晶体结构为出发点,预言了一种新的c-n化合物b-c3n4,cohen计算出b-c3n4是一种晶体结构类似于b-si3n4,具有非常短的共价键结合的c-n化合物,其理论模量为4.27mbars,接近于金刚石的模量4.43 mbars.随后,不同的计算方法显示b-c3n4具有比金刚石还高的硬度,不仅如此, b-c3n4还具有一系列特殊的性质,引起了科学界的高度重视,目前世界上许多著名的研究机构都集中研究这一新型物质.
b-c3n4的制备方法只要有激光烧蚀法、溅射法、高压合成、等离子增强化学气相沉积、真空电弧沉积、离子注入法等多种方法。在cnx膜的诸多性能中，最吸引人的当属其可能超过金刚石的硬度，尽管现在还没有制备出可以直接测量其硬度的cnx晶体，但对cnx膜硬度的研究已有许多报道。
3.4半导体薄膜复合材料
20世纪80年代科学家们研制成功了在绝缘层上形成半导体（如硅）单晶层组成复合薄膜材料的技术。这一新技术的实现，使材料器件的研制一气呵成，不但大大节省了单晶材料，更重要的是使半导体集成电路达到高速化、高密度化，也提高了可靠性，同时为微电子工业中的三维集成电路的设想提供了实施的可能性。
这类半导体薄膜复合材料，特别使硅薄膜复合材料已开始用于低功耗、低噪声的大规模集成电路中，以减小误差，提高电路的抗辐射能力。
3.5超晶格薄膜材料
随着半导体薄膜层制备技术的提高，当前半导体超晶格材料的种类已由原来的砷化镓、镓铝砷扩展到铟砷、镓锑、铟铝砷、铟镓砷、碲镉、碲汞、锑铁、锑锡碲等多种。组成材料的种类也由半导体扩展到锗、硅等元素半导体，特别是今年来发展起来的硅、锗硅应变超晶格，由于它可与当前硅的前面工艺相容和集成，格外受到重视，甚至被誉为新一代硅材料。
半导体超晶格结构不仅给材料物理带来了新面貌，而且促进了新一代半导体器件的产生，除上面提到的可制备高电子迁移率晶体管、高效激光器、红外探测器外，还能制备调制掺杂的场效应管、先进的雪崩型光电探测器和实空间的电子转移器件，并正在设计微分负阻效应器件、隧道热电子效应器件等，它们将被广泛应用于雷达、电子对抗、空间技术等领域。
3.6多层薄膜材料
多层薄膜材料已成为新材料领域中一支新军。所谓多层薄膜材料，就是在一层厚度只有钠米级的材料上，再铺上一层或多层性质不同的其他薄层材料，最后形成多层固态涂层。由于各层材料的电、磁及化学性质各不相同，多层薄膜材料会用有一些奇异的特性。目前，这种制造工艺简单的新型材料正受到各国关注，已从实验室研究进入商业化阶段，可以广泛应用于防腐涂层、燃料电池及生物医学移植等领域。
1991年，法国特拉斯.博斯卡大学的decher首先提出由带正电的聚合物和带负电的聚合物组成两层薄膜材料的设想，由于静电的作用，在一层材料上添加另外一层材料非常容易，此后，多层薄膜的研究工作进展很快。通常，研究人员将带负电的天然衬材如玻璃片等，浸入含有大分子的带正电物质的溶液，然后冲洗、干燥，再采用含有带负电物质的溶液，不断重复上述过程，每一次产生的薄膜材料厚度仅有几钠米或更薄。由于多层薄膜材料的制造可采用重复性工艺，人们可利用机器人来完成，因此这种自动化工艺很容易实现商业化。目前，研究人员已经或即将开发的多层薄膜材料主要有以下几种：①制造具有珍珠母强度的材料。②新型防腐蚀材料。③可使燃料电池在高温条件下工作的多层薄膜材料[4]。
4 展望
迄今，人们已经设计和开发出了多种不同结构和不同功能的薄膜材料，这些材料在化学分离、化学传感器、人工细胞、人工脏器、水处理等许多领域具有重要的潜在应用价值，被认为将是21世纪膜科学与技术领域的重要发展方向之一。
参考文献：
[1]医疗设备信息.2007,(27)8.
[2]稀有金属材料与工程.2007,(36)8增刊1.
薄膜电容器范文4
1.SnO2的晶体结构
SnO2晶体属于四方晶系点群，是一种极性半导体，具有金红石结构。金红石结构的SnO2晶胞为体心正交平行六面体。每个晶胞中包含有两个Sn原子，分别位于2a （0， 0， 0） 和 （1/2， 1/2， 1/2）位置；四个位于4f ±（u， u， 0； u + 1/2， 1/2 ？ u， 1/2）， 且 u = 0.30561位置的O原子。每个Sn原子是由六个组成近似的八面体O原子包围，并且组成矩形基底面的4个O原子离Sn原子的距离（2.06A °）要比位于顶点的2个O原子距离（2.05A °）稍微长些，而每个O原子是由三个构成等边三角形的Sn原子包围，形成6：3配位结构。其晶格常数为 a=b=4.7374A°，c=3.1864A°且c/a=0.672 。
2. SnO2薄膜的材料特性
SnO2是一种宽禁带直接半导体材料，室温下禁带宽度为3.6eV，属n型氧化物半导体。当沉积温度为300-500°C时，SnO2薄膜的电阻可达35-40Ω/，可见光透过率高达90%，且薄膜的电学与光学性质与结晶情况和结构有密切的联系。膜的结晶性越高，其导电率越强，随着晶体的细化，其透过率也会显著的提高。SnO2薄膜还具有较稳定的化学特性和较强的耐腐蚀特性，只能被盐酸与锌反应生成的初态氢所腐蚀且通过化学键与玻璃或者陶瓷基底结合有很强的附着力（200kgfcm-2）。
3. SnO2薄膜的气敏传感特性
气敏传感器的工作原理是指被检测气体与传感器的表面发生物理吸附或者化学吸附，引起表面某种性质的变化（如：电阻、电导、电压、阻抗等） ，然后将这种变化转变为电信号，通过对电信号的分析，即可以得到有关气体浓度、组分等的信息。当某种有毒气体的浓度超过一定值时会自动报警，安全可靠。SnO2薄膜是目前应用最广泛的一种气敏材料，它具有n 型半导体特征。具有如下特性：（1）物理、化学稳定性好，耐腐蚀性强；（2）可靠性较高，机械性能良好；（3）电阻随浓度变化一般呈抛物线变化趋势 ；（4）对气体检测是可逆的，吸附、脱附时间短，可连续长时间使用；（5）节省能耗；（6）禁带宽度虽较宽，但施主能级是适度浅能级，容易获得适宜的电学特性；（7）费用较低。 因此以SnO2 为主体材料制备的气体传感器，在金属氧化物半导体电阻式气体传感器中处于中心地位。
4.SnO2薄膜的发光特性
透明导电薄膜要求材料既具有较高的导电性，又具有对可见光有好的透过性和对红外光有强的反射性。透明导电薄膜材料主要分为金属膜和氧化物半导体膜两大类。由于金属膜中存在着大量的自由电子，所以当金属薄膜很薄时仍然具有很好的导电性，但是当其厚度小于20nm时，薄膜对光的透射性和反射性都比较小，常见的金属透明导电薄膜有：金、银、铝等。而氧化物半导体薄膜是近年来发展应用最多的材料，它要求半导体的禁带宽度为3ev以上，且可以通过掺杂获得高载流子浓度进而实现高导电率。目前应用最广的透明导电薄膜为SnO2 薄膜材料，SnO2薄膜属于宽禁带半导体，禁带宽度为3.6eV，理论上为典型的绝缘体。但是由于存在氧空位或者间隙Sn原子，在禁带内形成ED=0.15ev的施主能级从而表现为n型半导体；此外它还具有较高的可见光透过率和红外反射率、较稳定的化学特性和优良的膜强度等优点，近年来被广泛的应用于透明电极，液晶显示器及光电子器件等领域。
SnO2的直接带隙约为3.6-4.3eV左右，大于可见光光子的能量（3.1eV），故在可见光照射下不能引起SnO2本征激发，所以它在可见光区是透明的，SnO2薄膜在可见光区的透过率高达90%以上；同时，由于其高载流子浓度，SnO2在红外光处（等离子边约为3.2μm）具有较强的反射率；因此，利用其在可见光处高透过率和红外光处高反射率的性质，可以广泛用于光伏器件、显示器器件、发光器件等领域。而对于高载流子浓度的SnO2薄膜，尤其是掺杂薄膜，其直接带隙会随载流子浓度的增大而变大，在SnO2薄膜中载流子存在Moss-Burstein移动。
Moss-Burstein移动是由泡利不相容原理引起的。在掺杂材料中，由于费米能级进入导带或价带，从而使导带底或者价带顶的能量已经被占据，最后造成薄膜光学带隙展宽。通常情况下，SnO2是一种很好的掺杂基质，有较宽的禁带宽度和较高的激子束缚能，能够激发其掺杂物质发光。
5.SnO2薄膜的电学特性
SnO2薄膜属于宽禁带n型半导体材料。价带最高点位于布里渊区г3，导带最低点位于布里渊区г点，为典型的直接带隙半导体材料。由于其带隙较宽，所以在理想情况下电子很难从价带跃迁到导带，表现为高阻材料。但是由于在制备薄膜材料过程中，SnO2薄膜不可能为完全纯的化学计量比金红石结构，其中存在一些化学计量比偏差，即在晶格内存在间隙Sn4+和O空位，而O空位在SnO2禁带中可以形成距导带底分别为0.03eV、0.15eV的两个施主能级，从而表现为n型半导体。
在SnO2晶格中，我们采用紧束缚近似确立了一系列非过渡金属金红石结构的氧化物参数，Sn原子和O原子分别属于Ⅳ、Ⅵ族元素，外层电子结构分别为5s25p2和2s22p4。导带主要由Sn 5s和Sn 5p态组成，并伴有少量的O 2p态。-17eV能级主要是由O 2s态组成，并有少量的Sn 5s和Sn 5p态构成；-9eV～-5eV是由于Sn 5s与O 2p态轨道耦合而成；而-5eV～-2eV是由O 2p态和一小部分Sn 5p轨道耦合而成；-2eV～0eV是由O 2p态孤立电子构成，它对化学键结合的作用很小，与其他轨道耦合作用也较弱；而价带是Sn 5s和Sn 5p以及O 2p的混合态。
薄膜电容器范文5
摘要：
研究了溶剂沸点对溶液法制备Rubrene薄膜特性的影响。使用苯甲醚、氯苯、甲苯和氯仿等溶剂旋涂制备了Rubrene薄膜，并使用椭偏仪对其光学参数进行研究，采用空间电荷限制电流法获得薄膜电学特性。当使用高沸点的苯甲醚作溶剂时，获得的Rubrene薄膜迁移率为1．58×10－5cm2／（V•s），薄膜折射率最大，薄膜均一性和致密性较好，粗糙层厚度最小，仅为11．92nm；而采用低沸点的氯仿作溶剂时，获得的Rubrene薄膜迁移率仅为1．07×10－10cm2／（V•s）。研究结果表明，溶剂的沸点对Rubrene薄膜特性有较大影响，高沸点的溶剂容易获得性能优良的薄膜。
关键词：
Rubrene；空间电荷限制电流；溶剂沸点；椭偏光谱
1引言
有机场效应晶体管（OFET）具有材料来源广、柔性衬底兼容、成本低廉和工艺简单等优点，在有机发光二极管（OLED）、光伏器件、小型电子标签以及生物传感器等方面具有很好的应用前景［1－7］。Rubrene作为一种小分子有机半导体材料，在载流子迁移率、激子扩散长度以及发光效率等方面优势突出，是用于制备OFET的最有前景的材料之一。溶液法成膜具有成本低廉和可操作性强等优点，本文采用溶液旋涂法制备Rubrene薄膜。为了获得高性能的有机薄膜晶体管，制备长程有序分子序列、低陷阱密度和大晶粒尺寸的有源层是至关重要的［8－10］。本文研究了溶剂沸点对Rubrene薄膜特性的影响，使用椭偏仪分析获得Rubrene薄膜的光学特性，采用空间电荷限制电流法（SpaceChargeLimitedCurrent，SCLC）测量空间电荷限制电流与电压的关系，并计算出Rubrene薄膜的零场迁移率和场依赖因子等参数。
2实验
器件制备前，依次采用去离子水、丙酮、酒精、去离子水超声清洗P型硅衬底，然后采用煮沸的RCA标准清洗液清洗Si片，用高纯N2气吹干后再用紫外线处理30分钟。所用的器件结构为：p＋Si／PEDOT∶PSS／Rubrene／Ag。将Rubrene分别溶于苯甲醚、氯苯、甲苯和氯仿溶剂。PEDOT∶PSS和Rubrene均购于Aldrich公司。器件制备过程为：首先，在洁净的Si片上以低速400r／min旋转10s，高速2000r／min旋转40s旋涂约45nm的PEDOT∶PSS，置于130℃真空干燥箱中退火15min；然后，将样品分为4组，分别将溶于苯甲醚、氯苯、甲苯和氯仿溶剂的Rubrene在PEDOT∶PSS表面旋涂相同厚度的Rubrene薄膜，并置于100℃真空干燥箱中退火12h；最后，使用喷墨打印制作半径为80μm的银浆电极，并放入100℃真空干燥箱中退火1h。样品的膜厚及相应光学参数由SC630椭圆偏振光谱仪测量分析得到，采用的入射角为70°，波长范围为400～900nm。采用LeiCaDM4000M光学显微镜测量电极面积，使用Agilent4155C半导体参数分析仪测量器件的J－V特性。所有测试过程均在室温、大气环境下进行。
3结果与讨论
采用椭圆偏振光谱仪提取Rubrene薄膜的光学参数，分析溶剂沸点对Rubrene薄膜光学性能的影响，并根据空间电荷限制电流的电学特性分析溶剂沸点对Rubrene薄膜电学性能的影响。
3．1Rubrene薄膜光学参数的获取椭圆偏振光谱仪通过测量光在两种介质的界面上反射时偏振状态的变化，可以获取物质的介电函数、膜厚等参数，具有高灵敏度、高精度、绝对值测量和非破坏性等优点［11］。Rubrene薄膜的能级带隙约为2．2eV，在600～900nm波段范围内为透明薄膜，可采用柯西模型对样品参数进行分析。经拟合后产生的数据与实验数据基本一致。Rubrene溶液中溶剂对折射率的影响如图1所示。可以看出，样品折射率随着溶剂沸点的增大而增大，当溶剂为苯甲醚、氯苯、甲苯和氯仿时，样品的折射率在波长为800nm时分别为1．779，1．743，1．705和1．697。导致Rubrene薄膜折射率变大的原因主要有：1）Rubrene薄膜的表面平整度变好，即薄膜表面粗糙层厚度减小；2）薄膜结晶质量变好。为了验证溶剂沸点的增大可降低薄膜表面粗糙层厚度，使用有效介质近似模型（EffectiveMediumApproximation，EMA）获得Rubrene薄膜表面粗糙层厚度。假定薄膜内部致密，将Rubrene薄膜分为内部致密层和表面粗糙层，使用的样品结构如图2所示。表1给出了Rubrene薄膜的椭圆偏振光谱仪分析结果。由表1可以看出，EMA模型分析得到的Rubrene薄膜表面粗糙层厚度确实随着溶剂沸点的增大而减小。Rubrene薄膜的能级带隙约为2．2eV，在400～600nm波段有较大的光吸收，因而采用F＆B模型［12］进行拟合，得到的光学带隙如表1所示，消光系数如图3所示。U．Zhokhavets等人的研究结果表明：在低光子能量下，聚合物的消光系数与薄膜结晶度正相关，即薄膜有序度提高时，薄膜消光系数变大［13］。由图3可以看出，随着溶剂沸点的增大，Rubrene薄膜的消光系数变大，也是薄膜有序度提高所致，与U．Zhokhavets等人的研究结果相同。椭偏拟合的Rubrene薄膜光学带隙随溶剂沸点的增大仅略微减小。由以上对Rubrene薄膜光学参数的分析可知，使用高沸点溶剂可降低Rubrene薄膜的表面粗糙层厚度、提高薄膜有序度，从而使薄膜折射率变大、消光系数变大和光学带隙变窄。
3．2Rubrene薄膜电学参数的分析为了研究溶剂沸点对Rubrene薄膜电学性能的影响，制备了Rubrene薄膜器件。所制备的器件结构为p＋Si／PEDOT∶PSS／Rubrene／Ag，器件的能级示意图如图4所示。Rubrene的最低未占有分子轨道（LowestUnoccupiedMolecularOrbit，LUMO）能级为3．2eV，与Ag电极功函数4．3eV相差1．1eV，势垒较高，可有效阻碍电子的注入而形成单载流子空穴注入器件。PEDOT的最高占有分子轨道（HighestOccupiedMolecularOrbit，HOMO）能级为5．1eV，与Rubrene的HOMO能级5．4eV相近［14］，因此用PEDOT∶PSS修饰电极有利于空穴注入，形成SCLC所需的欧姆接触。由于PEDOT的HOMO能级与Ag的功函数均小于Rubrene的HOMO能级，应施加偏置电压以降低注入势垒，且应在Ag端施加负电压。
3．2．1场依赖的空间电荷限制电流理论当注入到空间电荷区中的载流子浓度大于平衡载流子浓度和掺杂浓度时，注入的载流子成为空间电荷的主要成分，整个空间电荷及其产生的电场分布由载流子来控制，这就是空间电荷效应。实际上，溶液法制备的Rubrene薄膜由于分子排列的无序性、溶剂杂质的残留和结构缺陷等因素，会在带隙中形成陷阱，此时载流子迁移率会表现出很强的场依赖性。由（5）式可知，ln（J／E2）与槡E之间存在线性关系。通过绘制ln（J／E2）对应槡E的关系曲线，根据拟合直线的截距和斜率，可以计算出Rubrene的载流子零场迁移率μ0和场依赖因子γ。
3．2．2实验结果的拟合采用不同沸点的溶剂制备所得器件的电流密度－电压曲线如图5所示。5中，随着溶剂沸点的增加，器件的电流密度明显提高。分别取四个器件高偏压空间电荷限制电流区域的数据，绘制ln（J／E2）对应槡E函数的图像，如图6所示。将曲线进行拟合，发现器件的拟合直线与实验数据吻合度较好。通过对比图6的结果发现，随着溶剂沸点的增大，拟合直线的截距随之变大，而斜率变化不大，仅略有降低。一般文献中Rubrene的介电常数为2．62［17］，通过（5）式可计算出Rubrene的零场迁移率和场依赖因子，如表2所示。可以看出，所得器件的零场迁移率随溶剂沸点的增大而增大。采用苯甲醚作溶剂时，器件零场迁移率最大，达到1．58×10－5cm2／（V•s）；而采用氯仿作溶剂时，器件零场迁移率仅为1．07×10－10cm2／（V•s）。器件的场依赖因子随溶剂沸点的增大略有降低。采用苯甲醚作溶剂时，场依赖因子为0．00128（cm／V）1／2；而采用氯仿作溶剂时，场依赖因子为0．00588（cm／V）1／2。由以上Rubrene薄膜电学性能分析可知，随着溶剂沸点的提高，Rubrene器件的零场迁移率变大。这是因为当使用溶液旋涂法制备薄膜时，高沸点的溶剂会降低溶剂的挥发速度，使得薄膜有充足的时间进行自组装，从而形成热稳定结构［18，19］；而使用低沸点溶剂时，溶剂挥发速度较快，限制了薄膜结晶的时间，使得薄膜性能变差。
4结论
薄膜电容器范文6
【关键词】电容偏差；影响因素；控制
1. 引言
随着我国直流输电工程的不断发展，电容偏差的控制已成为严峻的形势，如中性母线上的直流滤波用电容器和中性线保护用电容器要求电容偏差极小，为± 0.5%。严格控制电容偏差，不仅满足当前电容的配平、整定值的控制、滤波的要求等，更能有效长期控制产品电容均一性（即互换性）。长此以往，系统更加稳定，产品质量更加可靠。
2. 影响电容因素
主要有两点：设计因素与工艺控制因素，但因设计之本在于原材料，而原材料又有一定的偏差，导致工艺控制因数发生一定的变化。
同一批同一罐次产品，设计参数、环境、原材料、设备、人工均相同的情况下，卷绕出的电容应基本相同，但实际差异忽大忽小。寻其原因，主要由以下几方面。
2.1 环境。
在生产过程中净化卷绕间的温湿度应保持相对恒定，温度：20～24，相对湿度：50～6ORH。
2.2 设计理论分析。
电容器的电容
C≈2×εr ×ε0×S D （1）
式中：
ε0——真空介电常数（ε0=2×8.86×10-12F/m）；
S——极板面积（m2）；
D——极间距离（m）；
εr——相对介电常数（相对电容率）。
由（1）式推出 C≈2×8.86×10-12×εr×bL d （2）
式中：
εr ——相对介电常数（相对电容率）；
b——极板宽度（m）；
L——极板长度（m）；
d——极间介质厚度（m）。
由（2）式可知：影响电容直接因数：
极板宽度、极板长度、极间介质厚度、相对介电常数。
3. 控制电容影响因素
3.1 环境。
保证在生产过程中净化卷绕间的温湿度应保持相对恒定，温度：20～24℃，相对湿度：50～6ORH。
3.2 极板宽度。
为了更好的保证电容偏差，我公司要求极板有效宽度偏差为0～+0.5 mm。每家公司的极板宽度均由人员按图纸要求自行调整，即便偏差不符图纸要求，不经检验，也无法查出，为此，对人员调整极板宽度技术较严。由于每个元件不可能一一进行有效宽度检查，为此，需对此工序多次抽检。
3.3 极板长度。
设备自身卷绕长度的影响、芯轴磨损等都会影响电容的卷绕长度。设备的校核很重要，需定时维护与技术查看。
3.4 极间介质厚度。
当前，电容器极间介质采用聚丙烯薄膜，聚丙烯薄膜的自身厚度偏差会严重影响电容器偏差。
粗化型聚丙烯薄膜常用两种测试方法即千分尺法和质量密度法。
千分尺法厚度仅以试样中测得的个别点的平均值代表试样厚度，而质量密度法厚度代表试样的真实平均厚度。前者一个试样中，如改变不同的测试点，其测得的厚度可能不尽相同，但后者的一个试样其厚度是不变的，显然，质量密度法相对千分尺测量测试误差偏小一些。
粗化膜的的空隙率是以千分尺法测得的厚度超过质量密度法测得的厚度之增量的百分比表示。如果空隙率变化不稳定，导致相对相对介电常数发生变化。
3.5 相对介电常数。
εr = εi· εf εi·k+ εf（1-k） （3）
式中：
εi——浸渍剂的相对电容率；
εf——聚丙烯薄膜的电容率；
K——压紧系数。
浸渍剂的相对电容率、聚丙烯薄膜的电容率、压紧系数、极板厚度（因极板的厚度直接影响压紧系数K的变化，间接影响相对介电常数的数值）等成为产品电容控制的主要因素。
3.5.1 压紧系数。
设计产品时，利用固有压紧系数，设计元件高度以及芯子高度，元件高度相对比较好控制，要求元件耐压时选取垫片高度必须一致，及设备在此统一性。
芯子高度由元件、绝缘件等组成，若元件高度准确，绝缘件厚度偏差之间影响芯子高度，同一产品，芯子高度一致，则绝缘件高度偏差影响芯子溶胀率，即改变产品压紧系数，随即影响相对介电常数。芯子压装时，固定压力大小决定芯子高度，以此来控制芯子压紧系数值。
铝箔的厚度会间接影响压紧系数。铝箔的厚度随着不同厂家和不同批次会有所差异。厚度的差异最终会影响压紧系数和所设计电容值，若厚度偏薄，则按照理厚度论设计电容值最终出来的电容偏小，偏厚则相反。
3.5.2 聚丙烯薄膜的相对电容率与浸渍剂的相对电容率
严格控制进厂参数值，保证材料相对电容率值。
4. 结束语
影响电容器电容的主要因素是聚丙烯薄膜的厚度控制、聚丙烯薄膜的空隙率、芯子压紧系数、设备卷绕长度的一致性等都成为控制容量偏差的不可忽略因数。严格控制聚丙烯薄膜进厂参数值，以质量密度法测得的厚度做为电容设计依据之一。结合工艺设备控制，保证元件有效宽度、长度符合图纸参数值。固定压力大小确定芯子高度，以此控制芯子压紧系数值。
参考文献
