基于氧调控的SnO 2 取向半导体薄膜气敏特性研究
发布时间：2021-10-15 12:09
二氧化锡（SnO2）是最常见的N型半导体纳米材料之一,多形态的SnO2会呈现出不同的物理化学性质,不仅被应用于透明导电电极、太阳能电池、锂离子电池等领域,更重要的是由于SnO2具有灵敏度高、选择性强、响应/恢复快、化学稳定性好等优点,在各种气体的检测中得到了广泛的应用。本文采用射频粉末靶磁控溅射,室温下调控溅射气体环境,制备了不同择优取向的二氧化锡基薄膜,并通过不同氛围下的退火处理,进一步调控薄膜的微观结构进而深入挖掘SnO2基材料各基本属性所特有的气敏性能。利用X射线衍射仪、Raman光谱仪、光致发光谱仪、原子力显微镜（AFM）、霍尔效应仪以及电化学工作站等对薄膜的微观结构、表面形貌和气敏性能进行表征。研究结果表明:（1）在不同氧含量的Ar气氛下分别制备得具有（101）和（110）择优取向的四方金红石结构SnO2薄膜;其中,极性不饱和贫氧态（101）择优取向薄膜具有较大的表面自由能和较窄的掺杂带隙,非极性饱和富氧态（110）取向薄膜具有更小的晶粒尺寸和更大的表面粗糙度。经40...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 氧化物半导体
1.1.1 氧化物半导体基本特性
1.1.2 氧化物半导体纳米材料
1.2 纳米SnO_2薄膜
1.2.1 SnO_2基本性质
1.2.2 SnO_2薄膜性能和应用
1.3 SnO_2气敏传感器
1.3.1 SnO_2气敏传感器基本特性
1.3.2 SnO_2气敏传感器研究进展
1.3.3 基于晶体属性的SnO_2气敏特性
1.4 SnO_2基薄膜制备方法
1.4.1 水热法
1.4.2 化学气相沉积法
1.4.3 喷雾热解法
1.4.4 磁控溅射法
1.5 本文的研究内容和创新
2.实验设备和实验方法
2.1 实验设备及原料
2.1.1 SnO_2薄膜制备
2.1.2 SnO_2薄膜退火处理
2.2 表征方法
3.氧控制择优取向SnO_2薄膜的气敏性能研究
3.1 实验
3.1.1 磁控溅射工艺
3.1.2 退火工艺
3.1.3 气敏性测试
3.2 物相及微观结构
3.2.1 XRD
3.2.2 Raman光谱
3.2.3 光致发光谱
3.3 表面形貌及润湿性能
3.3.1 表面形貌
3.3.2 润湿性能
3.4 气敏特性
3.4.1 (101)和(110)取向薄膜的还原性气体响应
3.4.2 (101)和(110)取向薄膜的氧化性气体响应
3.4.3 (101)和(110)取向薄膜的气体选择性
3.5 本章小结
4.磁控溅射SnO_2薄膜的气体响应机理研究
4.1 表征实验
4.1.1 气体敏感测试
4.1.2 光电解水测试
4.2 现有SnO_2气敏机理模型浅析
4.2.1 表面-空间电荷层模型
4.2.2 分子反应模型
4.2.3 晶界势垒模型
4.3 SnO_2薄膜光敏和气敏性能
4.3.1 (101)和(110)取向薄膜的光电解水性能
4.3.2 光敏属性和气敏属性比较
4.4 气敏响应机理
4.5 本章小结
5.SnO_2薄膜气敏特性中载流子行为的影响
5.1 实验
5.1.1 磁控溅射工艺
5.1.2 退火工艺
5.2 组织及微观结构
5.2.1 XRD
5.2.2 Raman光谱
5.2.3 光致发光谱
5.3 表面形貌
5.4 电学性能
5.4.1 载流子浓度和迁移率
5.4.2 电学性能与温度的依赖关系
5.5 不同载流子行为的气敏属性
5.5.1 气敏响应度
5.5.2 响应时间/恢复时间
5.6 本章小结
6.结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]气溶胶辅助CVD法制备F掺杂SnO2薄膜及其性能[J]. 王轩,梁波,邸庆银,赵洪力,杨静凯. 硅酸盐学报. 2019(02)
[2]Growth and Characterization of Indium Doped Zinc Oxide Films Sputtered from Powder Targets[J]. 彭丽萍,FANG Liang,ZHAO Yan,WU Weidong,RUAN Haibo,KONG Chunyang. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2017(04)
[3]The effect of the film thickness and doping content of SnO2:F thin films prepared by the ultrasonic spray method[J]. Achour Rahal,Said Benramache,Boubaker Benhaoua. Journal of Semiconductors. 2013(09)
[4]Role of chelating agent in chemical and fluorescent properties of SnO2 nanoparticles[J]. 贺少勃,王仕发,丁庆平,袁晓东,郑万国,向霞,李志杰,祖小涛. Chinese Physics B. 2013(05)
[5]新型光催化材料探索和研究进展[J]. 闫世成,罗文俊,李朝升,邹志刚. 中国材料进展. 2010(01)
[6]F掺杂SnO2电子结构的模拟计算[J]. 徐剑,黄水平,王占山,鲁大学,苑同锁. 物理学报. 2007(12)
[7]钐对不同氧空位SnO2气敏性能的影响[J]. 王道,叶青,龙洁,金钧. 中国稀土学报. 1999(01)
博士论文
[1]氮掺杂和晶面控制的SnO2纳米结构的发光及光催化特性研究[D]. 周庚侠.南京大学 2015
[2]SnO2基CO传感器气敏性和选择性的基础研究[D]. 殷锡涛.北京科技大学 2015
[3]纳米二氧化锡气敏薄膜的研究[D]. 甘露.华中科技大学 2012
[4]氧化锡纳米线的制备、气敏性能及第一性原理研究[D]. 李辉.上海大学 2012
[5]金属氧化物半导体纳米材料的制备、表征及其光学性质研究[D]. 李廷会.南京大学 2011
硕士论文
[1]SnO2和ZnO纳米材料的合成及其气敏和光敏性能的研究[D]. 李晓宁.北京化工大学 2012
本文编号：3437972
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 氧化物半导体
1.1.1 氧化物半导体基本特性
1.1.2 氧化物半导体纳米材料
1.2 纳米SnO_2薄膜
1.2.1 SnO_2基本性质
1.2.2 SnO_2薄膜性能和应用
1.3 SnO_2气敏传感器
1.3.1 SnO_2气敏传感器基本特性
1.3.2 SnO_2气敏传感器研究进展
1.3.3 基于晶体属性的SnO_2气敏特性
1.4 SnO_2基薄膜制备方法
1.4.1 水热法
1.4.2 化学气相沉积法
1.4.3 喷雾热解法
1.4.4 磁控溅射法
1.5 本文的研究内容和创新
2.实验设备和实验方法
2.1 实验设备及原料
2.1.1 SnO_2薄膜制备
2.1.2 SnO_2薄膜退火处理
2.2 表征方法
3.氧控制择优取向SnO_2薄膜的气敏性能研究
3.1 实验
3.1.1 磁控溅射工艺
3.1.2 退火工艺
3.1.3 气敏性测试
3.2 物相及微观结构
3.2.1 XRD
3.2.2 Raman光谱
3.2.3 光致发光谱
3.3 表面形貌及润湿性能
3.3.1 表面形貌
3.3.2 润湿性能
3.4 气敏特性
3.4.1 (101)和(110)取向薄膜的还原性气体响应
3.4.2 (101)和(110)取向薄膜的氧化性气体响应
3.4.3 (101)和(110)取向薄膜的气体选择性
3.5 本章小结
4.磁控溅射SnO_2薄膜的气体响应机理研究
4.1 表征实验
4.1.1 气体敏感测试
4.1.2 光电解水测试
4.2 现有SnO_2气敏机理模型浅析
4.2.1 表面-空间电荷层模型
4.2.2 分子反应模型
4.2.3 晶界势垒模型
4.3 SnO_2薄膜光敏和气敏性能
4.3.1 (101)和(110)取向薄膜的光电解水性能
4.3.2 光敏属性和气敏属性比较
4.4 气敏响应机理
4.5 本章小结
5.SnO_2薄膜气敏特性中载流子行为的影响
5.1 实验
5.1.1 磁控溅射工艺
5.1.2 退火工艺
5.2 组织及微观结构
5.2.1 XRD
5.2.2 Raman光谱
5.2.3 光致发光谱
5.3 表面形貌
5.4 电学性能
5.4.1 载流子浓度和迁移率
5.4.2 电学性能与温度的依赖关系
5.5 不同载流子行为的气敏属性
5.5.1 气敏响应度
5.5.2 响应时间/恢复时间
5.6 本章小结
6.结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]气溶胶辅助CVD法制备F掺杂SnO2薄膜及其性能[J]. 王轩,梁波,邸庆银,赵洪力,杨静凯. 硅酸盐学报. 2019(02)
[2]Growth and Characterization of Indium Doped Zinc Oxide Films Sputtered from Powder Targets[J]. 彭丽萍,FANG Liang,ZHAO Yan,WU Weidong,RUAN Haibo,KONG Chunyang. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2017(04)
[3]The effect of the film thickness and doping content of SnO2:F thin films prepared by the ultrasonic spray method[J]. Achour Rahal,Said Benramache,Boubaker Benhaoua. Journal of Semiconductors. 2013(09)
[4]Role of chelating agent in chemical and fluorescent properties of SnO2 nanoparticles[J]. 贺少勃,王仕发,丁庆平,袁晓东,郑万国,向霞,李志杰,祖小涛. Chinese Physics B. 2013(05)
[5]新型光催化材料探索和研究进展[J]. 闫世成,罗文俊,李朝升,邹志刚. 中国材料进展. 2010(01)
[6]F掺杂SnO2电子结构的模拟计算[J]. 徐剑,黄水平,王占山,鲁大学,苑同锁. 物理学报. 2007(12)
[7]钐对不同氧空位SnO2气敏性能的影响[J]. 王道,叶青,龙洁,金钧. 中国稀土学报. 1999(01)
博士论文
[1]氮掺杂和晶面控制的SnO2纳米结构的发光及光催化特性研究[D]. 周庚侠.南京大学 2015
[2]SnO2基CO传感器气敏性和选择性的基础研究[D]. 殷锡涛.北京科技大学 2015
[3]纳米二氧化锡气敏薄膜的研究[D]. 甘露.华中科技大学 2012
[4]氧化锡纳米线的制备、气敏性能及第一性原理研究[D]. 李辉.上海大学 2012
[5]金属氧化物半导体纳米材料的制备、表征及其光学性质研究[D]. 李廷会.南京大学 2011
硕士论文
[1]SnO2和ZnO纳米材料的合成及其气敏和光敏性能的研究[D]. 李晓宁.北京化工大学 2012
本文编号：3437972
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3437972.html
