利用濺射法制備半導體陶瓷表面的電極有著廣闊的產業化前景，但關于濺射膜電極與陶瓷表面的界面機制研究尚鮮有報道。本文采用磁控濺射法在ZnO壓敏陶瓷表面制備了Cr+Cu電極，通過X射線光電子能譜等技術研究分析了Cr/ZnO的界面反應及界面成分。研究結果表明:常溫下Cr膜在氧化鋅表面的沉積模式為混態生長模式，在Cr的初始沉積階段，Cr價層電子與氧化鋅表面存在電子轉移作用，有氧化態的Cr生成;隨著覆蓋度的增加，電子轉移逐漸減弱，最后Cr完全呈現為金屬態的中性吸附。該界面反應生成的化合物對濺射膜電極的歐姆接觸，附著力等性能有重要作用，而且能有效阻止電極元素Cu或Ag的縱向擴散。

　　半導體陶瓷表面的電極制備對歐姆接觸、焊接性、可靠性等性能有重要的影響，是制造高性能陶瓷器件必須解決的關鍵問題之一。濺射是近年來得到廣泛應用的成膜方法，相比于目前陶瓷行業中廣泛采用的燒銀電極，濺射膜電極不僅制備過程綠色環保，成本低廉，而且具有膜層致密，厚度均勻，附著性強等優點，濺射膜電極不論從生產工藝上還是膜層質量上都顯現出傳統的燒銀電極不可比擬的優越性，毫無疑問，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為采用濺射膜電極是今后陶瓷金屬化的主流技術。

　　濺射膜電極通常由過渡層金屬和焊接層金屬組成，過渡層一般選用Cr、Al、Ti等較活潑的金屬，其與襯底表面的界面作用對電極的附著力、歐姆接觸等起著至關重要的作用，同時又與焊接層金屬形成良好的匹配;焊接層則選用Cu及其合金、Ag等與焊料浸潤良好電阻率低的金屬。已有的報道對半導體瓷與濺射膜電極之間的界面機制的研究不夠詳盡。

　　本文將對半導體瓷特別是氧化鋅壓敏陶瓷與濺射膜電極的界面機制進行深入的研究。所制備的濺射膜電極以Cr為過渡層，Cu為焊接層。實驗分為兩部分，一是制備Cr/ZnO界面，通過Ar+離子束刻蝕，采用X射線光電子能譜(XPS)研究了Cr膜沉積在ZnO表面的界面反應;二是在氧化鋅壓敏陶瓷表面制備Cr+Cu的濺射膜電極，對壓敏陶瓷的電參數、附著力等性能進行對比分析。

實驗部分

Cr/ZnO界面的制備

　　由于粉末壓制的氧化鋅壓敏陶瓷其表面粗糙度大，陶瓷粉體配方中又添加了Cr2O3，難以用XPS對界面及其成分進行分析，所以本文采用的Cr/ZnO界面樣品是在較為平整的純氧化鋅薄膜上濺射沉積Cr膜制成的，同時，為了防止Cr膜暴露大氣后表面被氧化，再在Cr膜表面同一個真空室實時鍍覆了鋁膜對鉻膜進行了封閉。實驗樣品在多靶磁控濺射系統上進行，在250℃下，采用反應濺射在經清洗處理的載玻片上制備厚度約為2μm的ZnO薄膜，再在ZnO薄膜上依次濺射沉積50nm的Cr膜和50nm的Al膜。所濺射的ZnO薄膜經X射線衍射(XRD)測試分析為多晶結構，與氧化鋅陶瓷的結構類似，可以代替氧化鋅壓敏陶瓷表面。濺射參數為:本底真空為3.0×10^-3 Pa，工作氣壓為0.5Pa，靶基距為100mm。

電極的制備

　　為了評估濺射膜電極的性能，本實驗選用了國內某電子公司的ZnO基壓敏陶瓷片(Ф14mm×1.5mm)作為基片。實驗前將基片先后放入去離子水和酒精中各超聲清洗10min，烘干后在瓷片表面依次濺鍍150nm的Cr膜和3000nm的Cu膜，濺射參數同前。

結論

　　本文采用磁控濺射法在ZnO壓敏陶瓷表面制備了Cr/Cu電極，通過XPS等技術研究分析了Cr/ZnO的界面機制及其作用，研究結果表明:

　　(1)Cr在ZnO表面的濺射沉積為混態生長機制，在Cr的沉積初期，Cr價層電子與氧化鋅表面存在電子遷移作用，有氧化態的鉻生成，該界面反應區域厚度約為15nm;隨著覆蓋度的增加，電子轉移逐漸減弱，出現鉻與氧化鉻的混合態，最后鉻呈現非離子化的中性吸附態。

　　(2)由于Cr/ZnO陶瓷的界面生成了氧化鉻，ZnO表面積累了大量作為施主的氧空位，增加載流子濃度，降低了電阻率，使濺射膜電極與ZnO壓敏陶瓷表面形成了良好的歐姆接觸。

　　(3)由于Cr/ZnO陶瓷的界面生成了氧化鉻，存在化學鍵力，使Cr膜與瓷體表面達到化學結合與機械咬合的綜合狀態，增強了膜層的附著力。

　　(4)Cr/ZnO陶瓷界面生成的氧化鉻很好地阻擋Cu等金屬元素向ZnO壓敏陶瓷體內的擴散，濺射膜電極不會減小ZnO壓敏陶瓷自身的壓敏電壓和非線性系數。

　　綜上所述，Cr作為濺射膜電極的過渡層，與ZnO壓敏陶瓷界面發生了化學反應，可以有效提高界面結合力、形成良好的歐姆接觸、降低電遷移、改善產品非線性特性等。