电阻与温度的关系探讨

本节研究两类物质：

1）Cr_x（SiO）_1-x：x取不同值。

2）（Cr_xSi_1-x）_1-yN_y：x为定值，y取不同值。

选择适当的x和y值，可以发现这两类物质会从金属向绝缘体转变。关于第一类物质，已经有很多研究数据，但是本研究是对第二类物质进行的首次研究。

Cr-Si-N（O）薄膜电导率由温度、铬含量和沉淀条件决定。这类物质，铬含量x从零开始增长，当x达到一定值时，薄膜开始从介电结构转变为金属结构。这也可解释为，费米能级下的介电结构偏离原位，开始向金属结构转变。

电导率对温度的依赖性可以分为金属区、半导体区和过渡区三个区域。图8.12a给出的是，在不同氮浓度下，在[SiO]/[Cr]＝40/60时，Cr-Si-N薄膜的电阻对温度的依赖性，即R（T）/R₀随logT的变化关系。图8.12b给出了相应的log（R（T））随的变化关系。其中，氮气浓度C_N2为2.6%的样本是金属结构，氮气浓度为26%和40%的样本都是半导体结构，氮气浓度为12.6%的样本可认为是过渡结构。图8.13a给出的是，在不同氮气浓度下，在[SiO]/[Cr]＝80/20时，Cr-Si-N薄膜的电阻对温度的依赖性，即R（T）/R₀随logT的变化关系。图8.13b给出了log（R（T））随的变化关系。其中，氮气浓度为2.6%、12.6%、26%和40%的样本均为半导体结构。

图8.12 [SiO]/[Cr]＝40/60的Cr-Si-N薄膜

a）R（T）/R₀与logT的变化关系 b）log（R（T））与的变化关系(www.xing528.com)

根据图8.12b和图8.13b所示的logR随的变化，可得出电导率。半导体的电导率随温度的变化率在一定温度范围内可表示为

式中，σ₁和T₀为常数。这里就再次说明了可变程跳跃理论并不适用于所有金属陶瓷材料。从图8.12b和图8.13b所示可以看出，从定性的角度看，两类物质的电导率随温度的变化情况类似，但与[SiO]/[Cr]为80/20的薄膜相比，[SiO]/[Cr]为40/60的薄膜表现出半导体特性时混合气体中氮气的浓度要高很多。从图8.12b和图8.13b所示我们可以发现，σ₁随氮气浓度和T₀温度的增加而降低。这个性质是这类物质和二元物质Cr_xSi_1-x的一个重要不同点，二元Cr_xSi_1-x半导体结构的所有沉淀样品拥有相同的σ₁值。

退火对[SiO]/[Cr]为80/20的二元系统和[SiO]/[Cr]为40/60的二元物质系统具有相反的作用。对Si_1-xCr_x样品进行退火处理，会使[SiO]/[Cr]＝40/60的薄膜的σ₁值降低，却使[SiO]/[Cr]＝80/20的薄膜的σ₁值增高。σ₁值的改变可解释为金属团簇的形成和生长的结果。这种观点认为，Cr-Si-N薄膜中金属团簇的大小随氮气浓度增加而变大。而T₀随氮浓气度的增加而增加，则表明金属团簇间距增加了。因此，式（8.6）中参数T₀和σ₁对氮气浓度的依赖性可解释为金属团簇平均尺寸和间距对氮浓度的依赖性。

Neugebauer^[28]证实，若M-SiO的数据能代表M/Si-SiO₂，即过剩的硅能被视作金属含量的一部分，那么电导率随金属陶瓷M-SiO和M-SiO₂（M代表许多类金属）的成分变化是一致的。研究中也涉及了铬金属陶瓷，但由于存在铬的氧化物和硅化物，铬金属陶瓷明显比贵金属陶瓷更复杂。

图8.13 [SiO]/[Cr]＝80/20的Cr-Si-N薄膜

a）R（T）/R₀与logT的变化关系 b）log（R（T））与的变化关系