CoTiO 3 /TiO 2 有序纳米晶薄膜的制备及其敏感性研究

发布时间：2024-04-18 01:08

　　钛酸钴(CoTiO₃)是一种二元金属氧化物,对乙醇、丙烯、水蒸气等气体表现出优良的敏感特性,具体表现在:响应快、抗干扰、长期稳定性好等特征。但作为p型半导体敏感材料,受自身能带结构和载流子传导机制的影响,其灵敏度普遍低于n型半导体。为了改善CoTiO₃的湿敏特性,本课题选取n型半导体TiO₂与之复合,构建一种表面晶粒排列高度有序的CoTiO₃/TiO₂异质敏感薄膜。基于薄膜表面均匀分布的p-n异质结和取向生长的纳米晶阵列结构,改变半导体能带结构、提高载流子传输效率,从而显著提升其湿敏特性。课题采用射频磁控溅射结合掠射角沉积技术分别制备出CoTiO₃和CoTiO₃/TiO₂有序纳米晶薄膜,借助X-射线衍射(XRD),原子力学显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等表征薄膜的物相组成、形貌、取向生长特征、缺陷分布和化学价态。考察不同微观结构薄膜对湿度环境的灵敏度、响应/回复时间、检测...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 金属氧化物敏感材料概述
        1.1.1 金属氧化物的研究现状
        1.1.2 TiO₂ 的敏感特性
        1.1.3 CoTiO₃ 的敏感特性
    1.2 有序纳米晶结构对薄膜的影响
        1.2.1 有序纳米晶薄膜的特点
        1.2.2 有序纳米晶气敏薄膜
        1.2.3 有序纳米晶湿敏薄膜
    1.3 磁控溅射法简介
        1.3.1 磁控溅射制备薄膜技术
        1.3.2 掠射角沉积技术
        1.3.3 磁控溅射制备纳米晶薄膜现状
    1.4 课题研究的目的、意义和主要内容
        1.4.1 选题依据
        1.4.2 主要内容
        1.4.3 创新点
2 实验方法
    2.1 实验所需基本材料及仪器设备
        2.1.1 基本材料
        2.1.2 仪器设备
    2.2 分步溅射-热处理法制备CoTiO₃/TiO₂ 有序纳米晶薄膜
        2.2.1 实验方案
        2.2.2 靶材的制备与安装
        2.2.3 薄膜基底的选择与清洗
        2.2.4 CoTiO₃ 有序纳米晶薄膜的制备
        2.2.5 CoTiO₃/TiO₂ 有序纳米晶薄膜的制备
    2.3 薄膜的表征测试
        2.3.1 X射线衍射仪
        2.3.2 原子力学显微镜(AFM)
        2.3.3 X射线光电子能谱仪(XPS)
        2.3.4 场发射扫描电镜(SEM)
        2.3.5 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.6 视频光学接触角测量仪
    2.4 薄膜的性能测试
        2.4.1 湿度环境的构建
        2.4.2 湿敏特性测试
        2.4.3 复阻抗性能测试
3 CoTiO₃ 有序纳米晶薄膜的制备和湿敏性研究
    3.1 靶材的物相组成分析
    3.2 沉积时间对薄膜的影响
    3.3 溅射功率对薄膜的影响
    3.4 沉积气压对薄膜的影响
    3.5 掠射角度对薄膜的影响
    3.6 本章小结
4 CoTiO₃/TiO₂ 有序纳米晶薄膜的制备和湿敏机理研究
    4.1 TiO₂ 沉积功率对CoTiO₃/TiO₂ 薄膜的影响
    4.2 TiO₂ 沉积时间对CoTiO₃/TiO₂ 薄膜的影响
    4.3 CoTiO₃/TiO₂ 有序纳米晶薄膜的生长机理
    4.4 CoTiO₃/TiO₂ 有序纳米晶薄膜的敏感机理
    4.5 CoTiO₃/TiO₂ 薄膜表面Ti离子价态改善湿敏性探索
        4.5.1 热处理气氛对复合薄膜的影响
        4.5.2 热处理温度对复合薄膜的影响
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及专利成果



本文编号：3957192