热处理温度对氧化铟薄膜特性的影响.pdfVIP

蒋 l豳 g影 瞒 摘要：利用离子束溅射沉积的方式在AI20~陶瓷基片表面制备了In203薄膜，并分别研究了热处理温度对薄 膜相结构、电阻一温度特性及气敏特性的影响。结果表明：薄膜相结构受热处理温度影响显著，热处理温 度高于600~C时，薄膜相结构由无定形状态变为立方相状态；随着热处理温度的升高，薄膜电阻率显著增 大；薄膜对CO气体具有良好的气敏特性，热处理温度为6∞℃时，薄膜对CO气体灵敏度达到最大值。 关键词：相结构；电阻一温度特性；气敏特性 中图分类号 ：TB43 文献标识码：A 文章编号 ：1006—883X(2012)03—0006～04 收稿日期：2012一O2一O6 》 冯图 陈怀礼 赵慧芳 一 、 引言 半导体气敏材料的研究始于2O世纪6O年代，由于其对气体的灵敏度较高、响应速度较快而El益受到人们 的重视。半导体材料的气敏机理是基于气体在半导体表面的氧化和还原反应导致材料本身阻值变化，从而实 现对气体种类及浓度的测量。与SnO2、ZnO等传统的气敏材料相比，In2O31【]具有较高的禁带宽度、较小的电 阻率和较高的催化活性，是一种新型的11型半导体气敏材料。目前利用In2O3检测H2、O3、NO2、CO等气体的 研究取得了一定进展，从而使In2O3成为气敏元件领域最有发展前途的材料之一。 日本学者Takada[2】等人在1988年首先报导了通过测量In2O3薄膜电阻的变化能够检测O3。Yarnaura[。等人利 用溶胶-凝胶法研究Tin203材料对CO气体的灵敏度，在温度不低于300℃时表现出了很高的灵敏度，并且对CO 气体有很好的选择性。全宝富 【】等采用溶胶．凝胶法合成Tin2O3纳米粉体，确定其晶体结构并制成烧结式气敏 元件，该器件对CO气体具有较高的灵敏度，良好的响应．恢复特性和选择性。陈新萍 等人利用共沉淀法制备 了In2O3粉体并进行了气敏性能测试。结果表明，掺杂可以有效改善In203气敏元件对CO气体的灵敏度，而且具 有较高的选择性。 由以上文献可知，I“20气敏元件的制备方式以溶胶．凝胶法、共沉淀法为主，以离子束溅射方式制备薄膜 的报道相对较少。本文所做的工作是以In203为靶材，采用离子束溅射沉积的方式制备In203薄膜，并着重研究 热处理温度对其气敏特性的影响。 二 、试验 采用SDN-2型离子束镀膜机制备In203薄膜。首先对A1203陶瓷基片进行表面处理，制备金叉指电极；在此 基础上安装靶材和基片，对溅射室抽真空；真空度达~．Jl2x10。Pa时，向离子源通入氩气，并接通电源使离子源 起辉形成稳定的离子束；当真空度稳定在2×10。Pa左右时，打开挡板进行溅射镀膜，溅射功率为30W ，溅射时 间为30rain。将制备的样本分为a、b、c三组，分别对其进行不同温度的热处理 (400~C、600~C、800~C)，研究 热处理温度的不同对薄膜相结构、电阻率、电阻．温度特性及CO气敏特性的影响，热处理时间均为120min。 缪劳耪 男 201203 。 嚣强…翮……态…evelopment 3、一氧化碳气敏特性 ~n8oo。c热处理的样本灵敏度分别达到2．5和2．1；环境温度超 图4所示为600oC和800oC热处理样本的灵敏度．温度 曲 过400。C时，温度升高，灵敏度降低。 线。可以发现，两条曲线的趋势基本一致，在环境温度低于 对比In203薄膜的灵敏度．温度曲线与电阻一温度曲线，可 150。C时，基本没有气敏效应；环境温度超过150。C时，随着 以看出，In203薄膜对02的化学吸附是其具有CO气敏效应的 温度的升高，灵敏度增大，并在400。C左右达到最大值，600。C 基本前提。在较低温度段，02在In203薄膜表面的吸附形式以 物理吸附为主，未与 薄膜发生 电子交换，