磁控反应溅射SnO2薄膜的气敏特性研究

为研究SnO2薄膜的气敏特性,采用直流磁控反应溅射法制备了SnO2薄膜。探讨和分析了SnO2薄膜气敏元件的敏感机理。对SnO2薄膜的电阻和灵敏度的测试以及对实验结果的分析表明:SnO2薄膜厚度在150~400nm为宜,一般膜厚在250nm时较为敏感。在SnO2薄膜中掺入Pd、Pt、Ag等微量杂质可大大提高SnO2薄膜气敏元件的灵敏度,且使灵敏度的峰值向低温方向移动,增强了对H2、CO和C2H5OH等可燃气体的选择性、响应时间由3min缩短到0.5s以下。     

自组装型SnO2纳米线超低浓度H2传感器的研制

采用FESEM及气敏传感器测试系统,研究了用自组装方式制备的SnO2纳米线气敏传感器的氢敏特性。结果表明:在工作温度为200℃时,对于超低浓度[(2~8)×10–6]的氢气具有0.58~1.00的探测灵敏度及3 s的响应时间和10 s的恢复时间。继而从气敏机制、自组装制备方式、SnO2纳米线的优良的比表面特性及其尺度(30~40 nm)低于德拜长度(43 nm)等角度,解释了此传感器对超低浓度氢气具有良好气敏特性的原因。     

Sb∶SnO2/SiO2纳米复合薄膜的光学及气敏特性

采用溶胶 凝胶 (sol gel)工艺制备了Sb∶SnO2 /SiO2 复合膜。通过原子力显微镜 (AFM )观察了薄膜样品的表面形貌 ,利用紫外 可见光谱 ,p 偏振光反射比角谱研究了复合薄膜的光学特性。结果表明 ,薄膜中的晶粒具有纳米尺寸 (～ 35nm)的大小 ,比表面积大 ,孔隙率高 ;薄膜的透光率高 ,可见光波段近 95 % ;其光学禁带宽度约 3 6 7eV。因此Sb∶SnO2 /SiO2 纳米复合膜可作为气敏薄膜的理想选择。通过对三种不同的气体C3 H8,C2 H5OH及NH3气敏特性的测试表明 ,Sb掺杂大大提高了SnO2 薄膜对C2 H5OH的灵敏度 ,纳米Sb∶SnO2 /SiO2 复合膜的气敏灵敏度高于纯SnO2 薄膜及Sb掺杂的SnO2 薄膜     

Sb：SnO2／SiO2纳米复合薄膜的光学及气敏特性

采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺制备了Sb：SnO2／SiO2复合膜。通过原子力显微镜(AFM)观察了薄膜样品的表面形貌，利用紫外-可见光谱,p-偏振光反射比角谱研究了复合薄膜的光学特性。结果表明，薄膜中的晶粒具有纳米尺寸(～35nm)的大小，比表面积大，孔隙率高；薄膜的透光率高，可见光波段近95％；其光学禁带宽度约3．67eV。因此Sb：SnO2／SiO2纳米复合膜可作为气敏薄膜的理想选择。通过对三种不同的气体C3H8，C2H5OH及NH3气敏特性的测试表明，Sb掺杂大大提高了SnO2薄膜对C2H5OH的灵敏度，纳米Sb：SnO2／SiO2复合膜的气敏灵敏度高于纯SnO2薄膜及Sb掺杂的SnO2薄膜。     

Ti02-SnO2紫外光照下对醇类气体气敏性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同配比的TiO2-SnO2纳米复合材料,以其作为气敏材料制备成旁热式气敏元件,研究了气敏元件在紫外光照下的气敏特性。结果表明,复合材料平均晶粒尺寸为19 nm,SnO2晶型为金红石型,气敏元件的电导在紫外光照下增加,对醇类有机挥发性气体的气敏灵敏度也显著提高,气敏元件的电阻、灵敏度均随TiO2含量的增加而增大。工作温度160℃时对乙醇气体的灵敏度为18,240℃时灵敏度为52,是无光照时的1.6倍,响应时间为5 s,恢复时间为9 s。     

超微粒SnO2薄膜元件气敏特性研究

用射频磁控反应溅射法在Si基片上沉积SnO2超微粒薄膜,借集成电路技术制成气敏元件,并用RQ—1型气敏特性测试仪在动态配气系统中测试其气敏特性。结果表明:烧结体SnO2元件的气敏效应出现在300℃以上,而该元件的气敏效应则出现在90℃以下,有利于降低功耗;在80~90℃时,该元件对H2的灵敏度比C2H5OH和CH4高出2~3个数量级,对CO和LPG几乎不敏感。因此可用作在低温条件下工作的薄膜化、集成化、高性能的H2传感器。     

ZnO薄膜的丙酮气敏特性研究

用直流磁控反应溅射法,分别在Si(111)基片及Al2O3陶瓷基片上制备了ZnO薄膜,并进行TiO2、SnO2、Al2O3或CuO的掺杂和退火处理。用XRD分析了退火前后晶型的变化,利用气敏测试系统对各样品进行了气敏特性测试。结果表明:经过700℃退火后的样品,在最佳工作温度为220℃时,对丙酮有很好的选择性和很高的灵敏度(34.794)。掺杂TiO2或SnO2,可提高ZnO薄膜传感器对丙酮的灵敏度(57.963)。     

TiO2薄膜制备及其氧敏特性

采用直流磁控溅射法制备TiO2薄膜,在不同温度下对薄膜进行退火,研究了薄膜晶体结构随退火温度的转化情况.对TiO2薄膜氧敏器件特性进行了测试,结果表明,在400℃下灵敏度随氧分压增加最快,并且在400℃具有最高的灵敏度.得到的激活能为0.41eV,并对TiO2薄膜氧敏器件的氧敏可逆性进行了讨论.     

磁控溅射法制备SnO2-CuO薄膜及其气敏特性研究

用直流磁控溅射法分别在Si及陶瓷管上制备掺有CuO的SnO2纳米薄膜,并用马弗炉进行500 ℃和700 ℃的退火处理.利用气敏测试系统对各样品进行气敏特性测试,500 ℃退火的样品对几种被测气体基本都有较高的灵敏度,且随着工作温度的提升,气敏特性下降.700 ℃退火的样品对乙醇具有很好的选择性,表现较好的灵敏度,当最佳工作电压为6.5 V时,在乙醇气体小注入条件下,对样品的测试体现了样品良好的气敏特性.     

TiO2薄膜制备及其氧敏特性

采用直流磁控溅射法制备TiO2薄膜，在不同温度下对薄膜进行退火，研究了薄膜晶体结构随退火温度的转化情况．对TiO2薄膜氧敏器件特性进行了测试，结果表明，在400℃下灵敏度随氧分压增加最快，并且在400℃具有最高的灵敏度．得到的激活能为0.41eV，并对TiO2薄膜氧敏器件的氧敏可逆性进行了讨论．     

Cu/Sb掺杂SnO2纳米晶薄膜的H2S气敏特性

以SnCl2·2H2O、CuCl2·2H2O、SbCl3和无水乙醇为原料,采用sol-gel浸渍提拉法(sol-geldip-coatingmethod,SGDC)制备了纳米晶气敏薄膜。在多个工作温度和气体浓度下测试了薄膜对H2S的气敏特性。结果表明:r(Cu:Sb:Sn)为1:5:100,工作温度为140℃时,薄膜对H2S有很好的灵敏度和选择性,敏感浓度下限可达0.7×10–6。     

sol-gel纳米晶二氧化锡薄膜的制备及表征

以SnCl4为原料,采用sol-gel技术,应用间接成胶法,在玻璃片上制备了纳米晶SnO2薄膜及粉体,以其灵敏度、响应时间和工作温度作为评价气敏性能的标准,对制备工艺参数进行了优化,并用DSC-TG、XRD、AFM等手段对样品进行了表征。结果表明,水与乙醇体积比为3:1,草酸与四氯化锡摩尔比为0.3:1,在500℃下退火的薄膜表面平整,平均粒度在20nm左右,且相应的薄膜元件对丙酮蒸气具有良好的选择性和较高的灵敏度、较短的响应时间和较低的工作温度(≈190℃)。     

衬底温度对纳米晶SnO_2薄膜结晶特性的影响

阐述了金属氧化物SnO2纳米薄膜研究的发展情况及其应用前景,介绍了采用磁控溅射技术,使用混合气体Ar和O2,在衬底温度为150～400℃的耐热玻璃基片上制备了纳米晶SnO2∶Sb透明导电薄膜。通过测定x射线衍射谱,表明薄膜择优取向为[110]和[211]方向,SnO2∶Sb薄膜的结晶特性随衬底温度变化。     

二氧化锡覆盖层对ITO透明导电薄膜热稳定性的改良

采用射频磁控溅射法在ITO玻璃表面沉积了一层15 nm左右的SnO2薄膜。利用霍尔效应测试仪、四探针电阻测试仪、场发射电子显微镜及紫外–可见–近红外光谱仪分析了所制薄膜的电学性质、表面形貌和光学性质。结果表明,在300~600℃退火后镀有SnO2覆盖层的ITO(SnO2/ITO)薄膜具有相对好的热学稳定性。在600℃退火后,ITO薄膜的方阻和电阻率分别为88.3Ω/□和2.5×10–3.cm,而此时,SnO2/ITO薄膜的方阻和电阻率仅为43.8Ω/□和1.2×10–3Ω.cm。最后,阐述了SnO2覆盖层提高ITO薄膜热稳定性的机制。     

磁控溅射法制备WO_3薄膜及其氢敏特性研究

采用直流反应磁控溅射法,在未抛光的Al2O3基片上制备WO3薄膜,在干燥空气中经过热处理;利用SEM观察薄膜表面形貌;通过XRD测量,对薄膜的晶体结构进行分析;薄膜氢敏特性测试采用静态配气法。经过400℃热处理,当工作温度在270℃时,对体积分数为3×10-4%H2的灵敏度达到了77,稳定性较高、选择性好、响应时间在15s以内。WO3薄膜是一种较理想的氢敏材料,在氢敏传感器的设计中必定会得到足够的重视和广泛应用。     

退火温度对Ga掺杂SnO_2薄膜结构和光致发光特性的影响

利用电子束蒸镀在石英玻璃上制备出Ga掺杂的SnO_2(SnO_2∶Ga)薄膜。结合X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光谱,研究了不同退火温度对薄膜的结构与发光特性的影响。研究结果表明:当退火温度超过500℃,薄膜呈现四方金红石结构,随着退火温度的提高,晶粒尺寸增大,薄膜的禁带宽度变宽,发光强度逐渐增加,成功制备出发蓝紫光的SnO_2∶Ga薄膜。薄膜样品在700℃下退火后光致发光强度显著增强,这是因为随着退火温度的升高,SnO_2∶Ga薄膜的非辐射中心减少,有利于发生辐射复合。     

衬底温度对SnO2薄膜中激光感生电压效应的影响

采用固相反应法制备了四方相结构的SnO2靶材,选用蓝宝石衬底,利用脉冲激光沉积法在不同温度下生长了一系列SnO2薄膜。X射线衍射测试结果表明,SnO2薄膜具有四方金红石结构,并且沿a轴近外延生长。另外,在倾斜衬底上生长的SnO2薄膜上观察到了激光感生电压(LIV)效应,并研究了衬底温度对SnO2薄膜中LIV效应的影响。结果表明,随着生长温度从500℃增加到800℃,SnO2薄膜中的LIV信号的峰值电压先增加后减小,响应时间随衬底温度的升高先降低后增加,此外,存在一个最佳的衬底温度,使得SnO2薄膜的LIV信号的峰值电压达到最大,响应时间达到最小。在生长温度为750℃的SnO2薄膜中探测到响应最快的LIV信号,在紫外脉冲激光辐照下,峰值电压约为4V,响应时间为98ns,信号的上升沿为28ns,与激光的脉宽相当。     

射频反应磁控溅射掺杂MWCNTs的SnO2薄膜NO2气敏传感器的研究

采用射频反应磁控溅射方法制备了氧化锡/多壁碳纳米管（SnO2/MWCNTs）薄膜材料,并在此基础上研制NO2气敏传感器。采用X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）来研究WO3/MWCNTs材料的表面形貌、表面化学状态、表面化学元素等材料特性,研究结果表明MWCNTs已经掺杂进SnO2材料,合成的SnO2/MWCNTs气敏传感器表现出对低浓度（甚至低于10ppb）的NO2气体有较高的灵敏度和较好的反应-恢复特性,并解释了该传感器的工作机理是基于pn结（P型MWCNTs和N型SnO2)作用的结果。