直流磁控濺射法制備ZnO氣敏薄膜及其性能研究.pdf

1、本文介紹了ZnO材料的基本性質(zhì)包括物理結(jié)構(gòu)、電學性質(zhì)、光學性質(zhì)、缺陷以及摻雜包括提高氣敏性的摻雜方法,并綜述了金屬氧化物半導體氣敏元件的摻雜技術(shù)；列舉了制備ZnO晶體薄膜的方法,著重介紹了磁控反應(yīng)濺射法；研究了純ZnO薄膜和摻雜5at.％Ce的ZnO薄膜氣敏元件的氣敏性能,并比較了兩者對100μL·L-1乙醇、丙酮和苯的氣敏性能。
　　 利用直流反應(yīng)磁控濺射法在玻璃基片上制備了純ZnO薄膜和摻雜5at.％Ce的ZnO氣敏薄膜。<

2、br>　　 實驗分別測試了在不同的濺射參數(shù)下純ZnO薄膜樣品的結(jié)構(gòu)性能、表面形貌,還有紫外到可見光波段的透射譜。當其它濺射參數(shù)相同且一定時,在氧氬比分別為1:5、1:6、1:7條件下制得ZnO薄膜,從結(jié)構(gòu)性能上看1:6條件下制得的ZnO薄膜衍射強度最高、半高寬最窄。從表面形貌上看此條件下的薄膜表面均勻且光滑,晶界間隙變小,晶粒相應(yīng)增大；當其它濺射參數(shù)相同且一定時,濺射電壓分別為370V、380V、390V條件下制得ZnO薄膜,從結(jié)構(gòu)性

3、能上看390V條件下制得的ZnO薄膜結(jié)晶狀況最好,隨著濺射電壓的降低,晶體結(jié)晶狀況越來越差,衍射峰逐漸變低,半高寬逐漸減小。從表面形貌上看此電壓條件下的ZnO薄膜表面光滑,晶界間隙小,晶粒排列緊密；當其它濺射參數(shù)相同且一定時,襯底溫度分別為100℃、200℃、300℃條件下制得ZnO薄膜,從結(jié)構(gòu)性能上看200℃條件下制得的薄膜衍射峰強度最強,且半高寬最窄,其它兩個襯底溫度下濺射的薄膜結(jié)晶不是很好,同時出現(xiàn)了(102)和(103)晶向的衍

4、射峰,說明升高襯底溫度之后薄膜樣品的C軸擇優(yōu)取向變差了。從表面形貌上此溫度條件下的晶粒尺寸大、表面平整且光滑。最后測量得到了不同氧氬比、不同濺射電壓、不同襯底溫度條件下制得薄膜從紫外光到可見光波透射譜,發(fā)現(xiàn)這幾項濺射參數(shù)對薄膜的透射譜的影響沒有規(guī)律可循。
　　 利用氣敏測試系統(tǒng)分別對純的ZnO薄膜和摻雜5at.％Ce的ZnO薄膜的氣敏性能進行了測試,測試了此兩種薄膜對100μL·L-1乙醇、丙酮和苯的氣敏性能。工作溫度低于300

5、℃時,純ZnO薄膜對這三種氣體的靈敏度較低,工作溫度為300℃左右時,純ZnO薄膜對這三種氣體的靈敏度較低靈敏度達到最高,較高的工作溫度也會使靈敏度降低。其中純的ZnO薄膜對乙醇靈敏度最高,對丙酮的靈敏度次之,對苯的靈敏度最差；摻雜5at.％Ce的ZnO薄膜對100μL·L-1乙醇、丙酮和苯的靈敏度比純ZnO薄膜對這三種氣體的靈敏度都相應(yīng)的有所提高,不同的是最佳工作溫度有所提高,在320℃左右時對乙醇的靈敏度最好,可以達到60,低于或者