粉末溅射金属氧化物气敏薄膜和元件Ⅰ. 粉末溅射金属氧化物气敏薄膜

利用反溅,发展了粉末溅射工艺;指出了粉末溅射对研制稳定的薄膜气敏元件的重要性;给出了粉末掺杂比与薄膜掺杂比关系的实验结果;给出了SnO₂(100~x)／CeO₂(x)最佳灵敏度的掺杂x％的范围;给出了灵敏度随膜厚变化的特征,以及一些薄膜的最佳膜厚lx的数值;给出了响应时间随膜厚变化的规律.     

粉末溅射ZnO薄膜酒敏元件

针对金属氧化物薄膜气敏元件传统制造工艺中存在的掺杂不稳问题,开发了一种实用化的ZnO薄膜气敏基材料.采用粉末溅射法研制ZnO:1%CeO2薄膜,利用衬底Al2O3与ZnO晶体均为六方结构的特点,选择适当溅射参数研制出薄膜气敏元件,同时通过悬挂芯片双点焊工艺,使元件更加小型化.长期检测结果表明,此类元件气敏特性和稳定性良好,适合进一步推广应用.     

粉末溅射ZnO薄膜酒敏元件

针对金属氧化物薄膜气敏元件传统制造工艺中存在的掺杂不稳问题,开发了一种实用化的ZnO薄膜气敏基材料.采用粉末溅射法研制ZnO：1?O2薄膜,利用衬底Al2O3与ZnO晶体均为六方结构的特点,选择适当溅射参数研制出薄膜气敏元件,同时通过悬挂芯片双点焊工艺,使元件更加小型化.长期检测结果表明,此类元件气敏特性和稳定性良好,适合进一步推广应用.     

粉末溅射SnO_2-Pt薄膜的气敏特性

用粉末溅射方法制备了体添加型SnO_2-Pt薄膜材料。该材料不仅对CO气体有很高的灵敏度、良好的选择性和较低的工作温度,而且其电导在CO气体中有振荡现象。振荡波形除锯齿形、简谐波形外,还出现了“拍振”等更为复杂的波形,振荡频率可达5.2Hz。     

SnO2：Pt薄膜和SnO2／SnO2：Pt双层膜气敏响应的次方因子

用粉末溅射方法制备了体掺杂型SnO2：Pt薄膜和表面层掺杂SnO2／SnO2：Pt双层膜，测量了薄膜在不同CO体积分数下的灵敏度和电导，研究了两种薄膜对CO响应的次方因子，测定了工作温度和薄膜厚度对次方因子的影响。实验结果表明，由室温至200℃，这两种薄膜对CO气体都显示了较高的灵敏度和选择性，两种薄膜电导对CO的响应服从次方定律关系，薄膜工作温度及厚度对次方因子均有影响，次方因子在0．5—0．8之间，次方因子在膜厚60-70m附近存在极大值，对两种薄膜测量结果的比较说明，这两种薄膜的气敏响应主要发生在薄膜表面。     

粉末溅射SnO2／CeO2薄膜酒敏元件

介绍粉末溅射SnO2/CeO2酒敏薄膜特性的研究和气敏元件及气敏层参数的设计。介绍元件热功耗的规律,反应温度的规律,测试电压对灵敏度的影响的规律。讨论了用相对灵敏度消除湿度影响的设想,以及对低功耗元件,简单气敏元件集成电路研制等问题。     

SnO2:Pt薄膜和SnO2/SnO2:Pt双层膜气敏响应的次方因子

用粉末溅射方法制备了体掺杂型SnO2Pt薄膜和表面层掺杂SnO2/SnO2Pt双层膜,测量了薄膜在不同CO体积分数下的灵敏度和电导. 研究了两种薄膜对CO响应的次方因子,测定了工作温度和薄膜厚度对次方因子的影响.实验结果表明,由室温至200 ℃,这两种薄膜对CO气体都显示了较高的灵敏度和选择性,两种薄膜电导对CO的响应服从次方定律关系,薄膜工作温度及厚度对次方因子均有影响,次方因子在0.5～0.8之间,次方因子在膜厚60～70 nm附近存在极大值.对两种薄膜测量结果的比较说明,这两种薄膜的气敏响应主要发生在薄膜表面.     

金属氧化物半导体气敏特性的研究（Ⅲ）实用化研究（续…

本文从实验和理论上对用粉末溅射研制的ＳｎＯ２／ＣｅＯ２酒敏薄膜的性能与膜厚温度、掺杂量等进行了研究，并根据研究的结果和有关理论对平面薄膜型酒敏传感器的工艺和结构进行了设计；介绍了所研制的器件的一些性能。     

金属氧化物半导体气敏特性研究（Ⅰ）实验研究（待续）

研究了气敏电导次方定律的指数和灵敏度随薄膜样品膜厚的变化、随温度的变化；气敏电导响应时间和恢复时间随膜厚的变化、随温度的变化；气敏电导振荡现象和规律．     

金属氧化物半导体气敏特性研究（Ⅰ）实验研究（待续）

研究了气敏电导次方定律的指数和灵敏度随薄膜样品膜厚的变化，随温度的变化，气敏电导响应时间和恢复时间随膜厚的变化，随温度的变化；气敏电导振荡现象和规律。     

金属氧化物半导体气敏特性的研究──（Ⅲ）实用化研究（续二，续完）

本文从实验和理论上对用粉末溅射研制的ＳｎＯ２／ＣｅＯ２酒敏薄膜的性能与膜厚、温度、掺杂量等进行了研究，并根据研究的结果和有关理论对平面薄膜型酒敏传感器的工艺和结构进行了设计；介绍了所研制的器件的一些性能．     

氧化铁系气敏薄膜的研究

用粉末射频溅射法制备了不同厚度和掺杂的氧化铁系气敏薄膜,并对其微观结构和性能进行了鉴定和测试,对添加剂的作用进行了探讨和分析。结果表明:溅射薄膜为晶粒微小、且具有一定择优取向的α-Fe_2O_3多晶薄膜;该薄膜对乙醇气体具有良好的气敏性和选择性,且响应快、附着力强;对氧化铁薄膜进行适当的掺杂可以明显地改善其电导性能和气敏性能。     

测试电压和湿度对气敏特性的影响

对影响金属氧化物薄膜气敏元件测量可靠性的因素——测试电压ＶＴ和湿度［Ｈ２Ｏ］进行了实验研究：给出了灵敏度Ｓｎ随测试电压ＶＴ变化的曲线,得出了存在一个Ｓｎ稳定的测试电压区间;给出了Ｓｎ随［Ｈ２Ｏ］变化曲线的形式,得出了Ｓｎ随［Ｈ２Ｏ］变化的相对起伏是大的结果;研究了相对灵敏度Ｓｎ′≡Ｓｎ（Ｃ０）／Ｓｎ（Ｃｓ）,得出了Ｓｎ′基本不随湿度变化的结果．     

测试电压和湿度对气敏特性的影响

对影响金属氧化物薄膜气敏元件测量可靠性的因素－测试电压ＶＴ和湿度［Ｈ２Ｏ］进行了实验研究：给出了灵敏度Ｓｎ随测试电压ＶＴ变化的曲线,得出了存在一个Ｓｎ稳定的测试决压区间;给出了Ｓｎ随［Ｈ２Ｏ］变化曲线的形式,得出了Ｓｎ随［Ｈ２Ｏ］变化的相对起伏是大的结果;研究了相对灵敏度Ｓｎ′≡Ｓｎ（Ｃ０）／Ｓｎ（Ｃｓ）,得出了Ｓｎ′基本不随湿度变化的结果。     

多晶硅薄膜晶体结构对薄膜压阻效应的影响

本文研究了LPCVD多晶硅薄膜晶体结构对薄膜压阻效应的影响，通过改变淀积温度和膜厚得到晶体结构不同的薄膜，经硼离子注入掺杂，杂质浓度均为10∧25/m∧3用X射线衍射法在分析了薄膜晶体结构，悬梁实验测出薄膜应变系数GF随淀积温度和膜厚的变化，理论分析表明，GF不仅随晶粒度单调增加，而且与织构情况密切相关，不同织构压阻效应大小不同，<100>结构对薄膜压阻效应影响很大，理论结果较好地解释了薄膜GF与淀积温度和膜厚的实验曲线。     

离子束增强沉积Al-N共掺杂ZnO薄膜的制备

用Al2O3粉体与ZnO粉体均匀混合，压制成溅射靶。在Si和SiO2／Si衬底上。用离子束增强沉积（IBED）方法对沉积膜作Ar^＋／N^＋注入，制备Al-N共掺杂氧化锌薄膜（ANZO）。在氮气氛中作适当的退火，可以方便地获得取向单一、结构致密、性能良好的共掺杂ZnO薄膜。探索用IBED方法在Si和SiO2衬底上制备优质掺杂薄膜的可能性。初步研究了ANZO共掺杂薄膜的结构、电学和光学性能。     

Co掺杂SiC薄膜的紫外光敏特性

采用射频磁控溅射技术和复合靶材的方法,在p型单晶Si衬底上制备SiC薄膜及Co掺杂SiC薄膜。在真空度为1.0×10-4Pa、温度为1 200℃条件下,保温1 h进行晶化处理。通过X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDX)、霍尔测量和紫外激光器等对薄膜的晶体结构、Co掺杂浓度、载流子浓度、导电类型及光敏特性等进行测试。结果表明,SiC薄膜为6H型晶体结构,Co掺杂后SiC薄膜的导电类型由n型转变为p型,载流子浓度比未掺杂的高2个数量级,对紫外光灵敏度是未掺杂的2倍,光照响应时间比未掺杂的缩短1/3。     

溅射气压对TiO2薄膜结构性质的影响

用射频磁控溅射技术在双面抛光的石英玻璃(SiO2)基底上沉积Er3+/Yb3+掺杂的TiO2薄膜,利用RBS背散射分析技术和X射线衍射技术研究溅射压强对薄膜结构性质的影响.结果表明:随着压强增加,成膜速率缓慢下降,且压强增大到一定数值之后对成膜速率的影响会逐渐减弱;随着压强增加,薄膜晶粒变大,晶粒间界变小,晶化质量提高.当溅射压强2.0Pa时,晶粒尺寸最大为64nm;适当降低溅射压强有利于提高薄膜的沉积速率,但是压强值也不能过小,否则会影响薄膜的晶粒尺寸大小,降低薄膜的结晶质量.     

溅射功率对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

室温下,以质量分数 99.99% 的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上 沉积氧化锌薄膜,通过 X 射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外 - 可见分光光度计、X 射线荧光光谱仪进行测试 和表征,研究了溅射功率（120~180 W,功率步长为 20 W）对 ZnO 薄膜微结构及光学性能的影响。结果表明： 所制得薄膜均在 34.3°附近出现 (002) 面衍射峰,呈现 c 轴择优生长,为纤锌矿结构;随着功率的增加,薄 膜折射率有不同程度的变化,波长范围为 190~368 nm 的紫外光区域平均透过率小于 10%,可见光区域平均 透过率大于 90%,在 368 nm 附近出现陡峭的吸收峰;溅射功率为 160 W、氩气气压为 0.5 Pa,氩气流速为 8.7 mL/min,沉积时间为 60 min,制备所得的氧化锌薄膜晶粒尺寸最大,晶粒取向性较好,薄膜结构致密, 具有较佳的结晶质量和光学性能。     

掺杂ZnO薄膜的微结构及电学特性

用(ZnO)1－x(Al2O3)xx=w(Al2O3)=0、0.01、0.02、0.05）陶瓷靶材为原料，通过电子束反应蒸发生长了非故意掺杂及Al掺杂的ZnO（Al掺杂ZnO）薄膜.采用X射线衍射、Raman散射及霍尔效应技术研究了薄膜的晶体微结构及电学特性.结果表明，由（ZnO)1-x(Al2O3)x(x ≤ 0.02)的靶材生长得到的Al掺杂ZnO薄膜仍具有高度c-轴取向的纤锌矿晶体结构，但随着薄膜中Al掺入量的增加，其c-轴取向性有所退化；Raman光谱测量表明，Al掺杂ZnO薄膜的本征内应力随着Al掺入量的增加而增大，（ZnO)0.98(Al2O3)0.02薄膜中Al和Zn的原子个数比为6∶94，此时薄膜的内应力已接近饱和；Al掺杂ZnO薄膜的电阻率随着Al掺入量的增加呈现先减小后增大的特征，(ZnO)0.98(Al2O3)0.02薄膜具有最小的电阻率（7.85×10－4 Ω·cm），这归因于该类薄膜同时具有高电子浓度（1.32×1021 cm-3）和较高的电子迁移率（6.02 cm2/(V·s)）.