《6 二氧化锡薄膜的电阻气敏和光透射率气敏性能》.pdf

第15卷第6期 无机材料学报 Journalof Materials 2000年12月 Inorganic 文章编号：1000—324X(2000)06—1067-06 二氧化锡薄膜的电阻气敏和光透射率气敏性能 林殷茵1，汤庭鳌1，黄维宁1，姜国宝1，姚熹2 究所，西安710049) 摘 要：以无机盐为原料，采用新颖的溶胶一凝胶工艺制备了具有优良电阻一气敏性能的纳 米晶二氧化锡薄膜，其在最佳工作温度200。C对600ppmC0的灵敏度可达500，响应时间和 射率下降，最佳工作温度与电阻一气敏性能一致，当提高薄膜的退火温度时，电阻一气敏和光 透射率一气敏的灵敏度均下降．分析了产生这些现象的原因． 关键词：薄膜；二氧化锡；气敏；透射率；溶胶-凝胶 中图分类号：0484 文献标识码：A 1引言 二氧化锡气敏材料主要有薄膜型、厚膜型和烧结型．由于薄膜型气敏材料在低功耗、 低温化、小型化、集成化方面具有优势，近年来国内外对于薄膜型气敏材料的研制开发都 很重视【1】．多种薄膜沉积技术被用来制备二氧化锡薄膜，如磁控反应溅射【2】、化学气相沉 积【引、物理气相沉积、热解喷涂【4】、射频反应溅射【副、溶胶一凝胶【6】等，但是从文献报 道的情况来看，这些方法制备的二氧化锡薄膜对气体的灵敏度比较低，响应和恢复时间也 比较长，气敏性能普遍不是很理想，这主要是因为作为气敏薄膜，对其结构有相应要求， 比如晶粒尺寸比较小，比表面积比较大，此外贵金属添加剂的掺杂对于气敏性能的提高是 有利的．而上述方法制备的二氧化锡薄膜的结构相对比较致密，晶粒尺寸比较大，比表面 积比较小，要根据气敏性能的要求利用这些方法调整薄膜的结构也比较困难，此外添加剂 的掺杂不易实现，并且可掺杂的种类受到限制．因此针对这些问题寻求制备工艺上的突破 是急待解决的问题． 到现在为止，二氧化锡等绝大部分气敏材料基本上都是利用其电学性能对环境气氛的 变化能够发生响应的特性． 触还原性气体后，其光学性能，如透射率或反射率会发生变化．这些发现展示了一种可能 性，即把传统的气敏．电信号类型的传感器发展成新式的气敏．光信号类型的传感器，如果 与光学传感技术相结合，可以实现遥测、水下和地下测量，同时有可能克服电信号的干扰， 这种应用前景是很诱人的．但到目前为止，有关这一领域的研究仍然是少而不系统的． 收稿日期：1999-11—19，收到修改稿日期：2000-01—05 万方数据 作者简介：林殷茵(1970-)，女，博士，现为博士后． 1068 无机材料学报 15卷 本文采用溶胶-凝胶工艺制备了具有良好电阻一气敏性能的纳米晶氧化锡薄膜【9】，在 此基础上，进一步研究了其光透射率一气敏性能的变化规律，探讨了二者之间的联系并分 析了产生这些现象的原因． 2实验 2．1薄膜的制备 39 水清洗沉淀，直到用硝酸银水溶液检验发现溶液中不含Cl一为止，在清洗后的沉淀中加入 火． 本文中采用钛盐作为添加剂，而事实上采用这种工艺，只要添加剂是水溶性的，就可以 实现分子水平的均匀掺杂，在水中溶解度比较大的金属盐类相对比较多，采用水作溶剂， 所能选用的掺杂物种类就扩展了． 详述． 2．2分析与测试 管压44kV，管流50mA，采用Mo标样扣除仪器宽度． 算，取平均值为平均晶粒尺寸． 品，除膜中间有0．5mm宽的条形暴露在外，其余部分均溅有铂电极．光透射率一气敏性能 长光透射比或光透射率变化的灵敏度定义为 lm m I s：卫冬：掣×lOO％ (1) 其中S为薄膜在某一波长透射率或透射比变化的灵敏度，T,i，为薄膜在空气中同一波长的 万方数据 透射率或透射比，毛酗为薄膜通一定浓度杂质气氛后同一波长的透射率或透射比． 6期 林殷茵，等：二氧化锡薄膜的电阻气敏和光透射率气敏性能 1069