铜掺杂二氧化锡薄膜的气敏光学特性研究

摘要

利用金属氧化物半导体的气敏一电阻特性制成的气体传感器是目前应用最为广泛的一种气体传感器。SnO2是最常用的气敏半导体材料。上世纪八十年代，有研究发现当SnO2接触还原性气体后，材料的光学性质随气体的性质及浓度的变化而变化，随着这一“气敏-光学”特性的发现，为半导体气敏材料SnO2的应用开辟了一个新的途径。
　　 本文的研究工作包括：首先，分别利用磁控溅射法和溶胶凝胶法制备掺铜SnO2薄膜，对薄膜进行XRD及AFM测试；第二，在常温下研究薄膜与乙醇和丙酮的光学气敏性能，测试在气敏作用前后SnO2薄膜的光反射率的变化；第三，分别使用加温及紫外光照射的方法研究气敏薄膜的返回特性，寻求经气敏作用后薄膜能快速、可靠地恢复到其气敏作用前的状态的方法；最后，对比二法制备出的薄膜的各项性能，包括对气体的敏感性和返回特性。
　　 本文的研究结果表明，实验所制备的SnO2薄膜均为多晶结构，且具有金红石结构，主要成分确为SnO2，且有Cu成分的存在。磁控溅射法制备的薄膜对乙醇和丙酮均具有气敏光学效应，且对两种气体有选择性，气敏作用的灵敏度高；溶胶凝胶法制备的薄膜同样对乙醇和丙酮均具有气敏光学效应，且更可靠。使用对气敏作用后的薄膜加温的办法能较快地使薄膜返回到其气敏作用前的初始状态。在常温常态下使用紫外光对经气敏作用后的薄膜照射60分钟后，薄膜状态明显返回，其中溶胶凝胶法制备薄膜的返回性能更佳。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 引言

1.1 金属氧化物半导体气敏特性的研究情况

1.2 光学气敏检测领域的发展情况

1.3 本文的研究内容

第二章 SnO2薄膜的特性和电学气敏机理

2.1 SnO2薄膜的特性

2.2 SnO2的表面效应

2.3 N型半导体SnO2的电学气敏机理

2.4 添加剂的作用机理

2.5 本章小结

第三章 SnO2薄膜的制备方法

3.1 磁控溅射法

3.1.1 直流磁控溅射法

3.1.2 射频磁控溅射法

3.2 溶胶凝胶法

3.2.1 溶胶凝胶法名词术语

3.2.2 溶胶凝胶(S-G)法的特点与基本原理

3.3 其他制备方法

3.3.1 喷涂热解法

3.3.2 等离子体增强化学气相沉积

3.3.3 真空蒸发工艺

3.3.4 脉冲激光沉积法

3.4 本章小结

第四章 SnO2薄膜的制备流程及其特性测试

4.1 玻璃基片清洗

4.2 磁控溅射法制备SnO2薄膜

4.1.1 磁控溅射薄膜设备简介

4.1.2 薄膜制备原材料

4.1.3 磁控溅射制各铜掺杂SnO2薄膜

4.3 溶胶凝胶法制备SnO2薄膜

4.2.1 实验设备与器材

4.2.2 试样制备过程

4.4 薄膜XRD测试

4.4.1 磁控溅射法制备薄膜XRD测试

4.4.2 溶胶凝胶法制备薄膜XRD测试

4.5 薄膜的AFM测试

4.6 本章小结

第五章 SnO2薄膜的气敏光学特性测试

5.1 分光光度计测试原理

5.2 乙醇气氛下气敏光学特性测试

5.2.1 磁控溅射法制备薄膜在乙醇气氛下的测试

5.2.2 溶胶凝胶法制备薄膜在乙醇气氛下的测试

5.2.3 测试结果对比分析

5.3 丙酮气氛下气敏光学特性测试

5.3.1 磁控溅射法制备薄膜在丙酮气氛下的测试

5.3.2 溶胶凝胶法制备薄膜在丙酮气氛下的测试

5.3.3 测试结果对比分析

5.4 本章小结

第六章 SnO2薄膜的返回特性研究

6.1 紫外光对膜片返回特性的作用研究

6.1.1 实验方法

6.1.2 紫外光作用对磁控溅射法制备薄膜的返回特性研究

6.1.3 紫外光作用对溶胶凝胶法制备薄膜的返回特性研究

6.2 加温对膜片返回特性的作用研究

6.2.1 实验方法

6.2.2 加温磁控溅射法制备薄膜后的返回特性

6.2.3 加温溶胶凝胶法制备薄膜后的返回特性

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢