摻雜型SnO-,2-氣敏材料的特性及器件研究.pdf

1、半導(dǎo)體氣敏傳感器，多數(shù)是以金屬氧化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料制成的。當(dāng)半導(dǎo)體表面吸附被測(cè)氣體后，其電學(xué)特性(電導(dǎo)率等)發(fā)生變化，利用這種現(xiàn)象制成的各種氣敏器件已得到了廣泛的應(yīng)用。其中二氧化錫(SnO2)作為一種重要的N型金屬氧化物半導(dǎo)體材料，是一種廣譜型的氣敏材料，也是當(dāng)今研究最多、使用最廣的一種氣敏材料。近年來(lái)，半導(dǎo)體氣敏器件的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、集成化和多功能化，薄膜技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合易于實(shí)現(xiàn)上述功能，因此薄膜型氣敏器件的研究越來(lái)越受到人

2、們的重視。 本文采用粉末濺射方法制備了摻雜Pt的SnO2/Pt薄膜和摻雜CeO2的SnOz/CeO2薄膜，分別對(duì)兩種薄膜進(jìn)行了氣敏特性測(cè)試和分析。討論了薄膜厚度對(duì)氣敏特性的影響，包括響應(yīng)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間，靈敏度等；研究了靈敏度隨溫度變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)元件存在最佳工作溫度，且不同薄膜的最佳工作溫度也不同，最佳工作溫度與摻雜及被探測(cè)氣體有關(guān)，在最佳工作溫度范圍內(nèi)，其綜合性能較好。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粉末濺射體摻雜SnO2/Pt(Pt含

3、量為1Wt％)薄膜對(duì)CO氣體有很高的靈敏度。薄膜的靈敏度與薄膜厚度有較強(qiáng)的依賴關(guān)系，薄膜的最佳厚度為70～80nm，最佳工作溫度為160℃，工作溫度較低。SnO2/Pt薄膜的響應(yīng)時(shí)間較短，當(dāng)溫度為160℃時(shí)，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間均在10s左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，貴金屬Pt的摻雜不僅提高了靈敏度，而且有效降低了其工作溫度。此薄膜對(duì)乙醇雖然較為敏感，但其高的靈敏度是在300℃以上才出現(xiàn)的。在CO氣體敏感的溫度范圍內(nèi)，對(duì)乙醇的靈敏度為對(duì)CO靈敏度的

4、約50％。因此，SnO2/Pt材料是一種良好的CO敏感材料。 摻雜CeO2的SnO2/CeO2薄膜型元件對(duì)乙醇顯示了良好的氣敏特性，其工作溫度在350～460℃之間，響應(yīng)時(shí)間約在5秒之內(nèi)。而用此種元件測(cè)量一氧化碳時(shí)發(fā)現(xiàn)，在上述工作溫度下，對(duì)CO不敏感，只有工作溫度低于200℃時(shí)，對(duì)CO的靈敏度才較高。因此SnO2/CeO2材料是一種良好的酒敏材料。 實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，氣敏元件芯片在與還原氣體(C2H5OH，CO，CH4等)反