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非晶碳薄膜载流子输运和压阻行为研究

无氢非晶碳 sp2/sp3比值 sp2团簇 载流子输运 压阻特性

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非晶碳（a-C）薄膜sp2/sp3比值、sp2团簇大小等会显著影响薄膜的电子输运行为以及压阻特性，相关作用规律尚不明确。本研究采用磁控溅射技术，通过改变沉积过程中基体上施加的负偏压，制备了一系列sp2/sp3比值稳定、sp2团簇大小不同的无氢非晶碳薄膜，并系统研究了其电学性能并探索了压阻特性。结果表明：当负偏压从0增加到300 V时，薄膜sp2含量保持在52±1.5%，同时a-C中sp2团簇尺寸在1.63～1.93 nm范围变化。在-50 V时，薄膜中sp2团簇尺寸最大，同时薄膜电阻率最低0.32 Ω•cm，这是由于sp2团簇之间的平均跳跃距离减小所致。此外，对于-50 V和-100 V偏压下沉积的a-C薄膜，在100-350 K温度范围内，表现出变程跳跃传导（variable range hopping, VRH）导电行为。压阻测试表明a-C薄膜的压阻系数（GF）在1.4-12.1范围内，GF随薄膜sp2含量和sp2团簇尺寸变化。另外，集成了基于a-C的MEMS力传感器在0-1.16N范围内灵敏度为80.7 μV/V/N，非线性度约1.3%，且可重复5000次试验循环。