溶胶—凝胶法制备SnO,2气敏薄膜及其性能研究

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1、摘要本文综述了SnO2气敏薄膜国内外研究现况及发展趋势，综合考虑各种制备薄膜的方法，本实验采用工艺简单，成本低廉的薄膜制备方法——溶胶－凝胶法。本文首先制备了纯SnO2气敏薄膜，研究了薄膜厚度对灵敏度的影响及薄膜电阻与气体浓度的关系，采用针对SnO2薄膜提出的气体扩散模型和受到广泛认同的晶界势垒模型对实验现象进行了分析。实验结果表明，气敏薄膜的Sb元素掺杂会使薄膜的灵敏度降低，本文通过类比分析，将晶界势垒模型和异质结模型结合，解释推导了施主掺杂对气敏性能的影响。本文实验制备了SnO2基H2S气敏薄膜，为了提高其气敏性能，对溶胶-凝胶法制备SnO2薄膜的烧结温度和CuCl2的掺杂量进行了探索。

2、文中通过X射线衍射仪、差热热失重分析仪、场发射扫描电镜和气体响应测试，对SnO2纳米薄膜性能进行表征，确定了薄膜的最佳烧结温度为550℃，CuCl2的最佳掺杂量为3mol%。测试结果表明，制得的SnO2薄膜在室温下具有很好的响应特性，对于68.5ppm的H2S，其灵敏度可达3648，属国内外领先水平。随着工作温度的升高，气敏薄膜呈现出较好的恢复特性。XRD和SEM分析表明，薄膜是由SnO2纳米晶构成的多孔薄膜，晶粒的平均尺寸大小约为25nm。本文对SnO2基CO薄膜的制备进行了初步探索。分别采用溶胶凝胶法和固相法对SnO2进行了PdO和In2O3掺杂，并利用催化剂的溶解溢出模型和费米能级控制

3、模型对实验结果进行分析和解释。关键词：二氧化锡；气敏机理；溶胶－凝胶法；硫化氢IAbstractTindioxide,asortofn-typesemiconductormaterial,iswidelyusedtofabricategassensordevices.DomesticandforeignresearchprogressesinSnO2thinfilmswerereviewedinthispaper.Sol-Geldip-coatingmethodwasadoptedbecauseofitsadvantages,suchaslowcostandeasydepositionoft

4、hinfilms.Firstly,pureSnO2thinfilmswerefabricated.Therelationshipbetweenthethicknessandsensitivitywasstudied.Inordertoanalyzetheresults,gasdiffusionmodelwasemployed.Afterthat,therelationshipbetweenresistanceofthinfilmsandgasconcentrationwasdiscussedandtheboundarybarriercontrolmodelwasusedtoexplainth

5、eresults.Atlasttheboundarybarriercontrolmodelandheterojunctionmodelwerecoalescedtodeducetherelationshipbetweenthedonorconcentrationandsensorresponses.ThereasonwhySbdopingdecreasedthesensitivitywasgivenafterthededuction.Sol-geldipcoatingtechniquewasemployedtoprepareCu-dopedSnO2thinfilms,whichwereabl

6、etodetectH2Sgasatroomtemperaturewithhighsensitivityandrevealedfastresponsecharacteristics.Thehighestsensorresponse(theratioofresistanceinairversusinH2S)was3648underH2Sconcentrationof68.5ppmatroomtemperature.Recoverabilityofthethinfilmsappearedwhenthetemperatureraisedto50℃.Thefilmswereanalyzedbymean

7、sofXRDandthedriedgelpowderwasstudiedbyTG-DTAtest.InfluencesofsinteringtemperatureanddopinglevelontheH2Sresponsewerediscussed.TheaveragegrainsizeoftheSnO2wasabout25nm.ThemethodofpreparingSnO2thinfilmswhichus