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《半导陶瓷的红外吸收谱和喇曼散射谱》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第7期 半 导 体 学 报 Vol.19,No.71998年7月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJuly,1998半导陶瓷的红外吸收谱和喇曼散射谱胡绪洲 杨爱明 胡晓春(云南大学物理系 昆明 650091)摘要 ZrO2·SiO2·P2O5半导陶瓷是由ZrO2、SiO2和H3PO4用高温固相反应制成.它的傅里叶红外吸收谱是由ZrO2和SiO2的标准谱叠加而成.根据标准峰的位置分别计算出两种氧化物的四个基本声子能量.这些声子按照不同组合方式形成ZrO2·SiO2·P2O5半导
2、陶瓷的全部傅里叶红外吸收峰.半导陶瓷的喇曼背向散射峰也是由这些基本声子组合而成.对比四角和单斜ZrO2的喇曼特征谱线看出,在未掺杂和用Y2O3或Nb2O5掺杂的半导陶瓷样品中,ZrO2的晶粒微结构分别属于单斜和四角对称晶系.PACC:7830,6320;EEACC:0540,72301 引言ZrO2是固体电解质,它有几种晶系的变体.在常温下,自然界存在的ZrO2为单斜晶系;加热到1020℃,能变为四角晶系;若在1900℃长时间加热,则会变成立方或六角晶系.但是,慢慢冷却到室温,又变回单斜晶系.如果把自然界的褐色锆石放在空气的氧化环境或供氧不足的还原
3、气氛中加热到900℃,那么,可以分别得到无色或蓝色制品.用人工方法制造的立方ZrO2是透明度极佳的无色晶体,如果在高温下掺杂微量金属氧化物染色剂,很容易得到[1]鲜艳的黄、紫、红、绿等颜色;琢磨成圆钻,色彩缤纷的光芒比钻石更强烈.由此可见,改变ZrO2的光学和电学性质并不困难.要使高温下形成的立方或四角晶系在常温下稳定不变,只需在ZrO2中加入15～18%4+3+2-2-的Y2O3.当两个Zr格点被Y占据时,四个O格点中的一个成为空格点缺陷,O就可以通过空格点移动,成为快离子半导体.因此被用作O2、S、SO2、NOx、卤族元素等气体的传感器.制作灵
4、敏传感器使用的氧化物大多数是由许多微小晶粒组成的多晶烧结体,晶粒之间的界面势垒成为导电的主要障碍.要减小陶瓷表面层的电阻,通常采用控制化学计量比偏离的方法和掺杂不同化合价的金属氧化物的方法.我们在ZrO2·SiO2·P2O5基片的两面分别掺入Y2O3或Nb2O5,就是为了获得N型或P型杂质半导电性能,以便降低晶粒之间势垒的高度,从而减小半导陶瓷的电阻.胡绪洲 男,1940年出生,云南大学物理系副教授杨爱明 女,1945年出生,云南大学实验中心高级工程师胡晓春 男,1966年出生,云南音像出版社工程师1997203211收到,1998201219定稿
5、504 半 导 体 学 报 19卷我们曾经采用扫描电子显微镜,X射线衍射仪和X射线能谱仪分析过ZrO2·SiO2·[2][3]P2O5半导陶瓷的组分,又使用数字万用电桥测量它的阻抗2湿度特性.本文介绍我们利用激光扫描共焦显微镜,傅里叶红外光谱仪和氪离子激光三联喇曼散射光谱仪研究半导陶瓷的晶粒微结构的一些测量结果.2 样品制备光谱纯的ZrO2和SiO2粉末各取1摩尔,加入0147摩尔分析纯的H3PO4.在玛瑙碾钵2内均匀混合研磨后,放入不锈钢模具内用200kgöcm压力制成圆片,直径20mm,厚度2mm.置于1300℃电炉
6、内在空气中烧结5小时.对于未掺杂的样品,在烧结过程中,一个面用ZrO2粉末掩埋在坩埚内,另一个面暴露在空气中,有意造成两个面在高温下产生组分偏离.对于掺杂的样品,在压片时分别掺进011摩尔的Y2O3或Nb2O5,形成P2I2N三层结构.在烧结过程中,坩埚内的几只样品之间用ZrO2粉末分隔和掩埋.我们采用日本理学电机公司生产的Dömax23B型X射线衍射仪,具体分析制作湿度传感器使用的主要原料.X射线衍射峰的形状表明,ZrO2具有尖锐狭窄的特征峰,如图1所示;图1ZrO2粉末的X射线衍射谱而SiO2的衍射峰是个宽阔的波包,如图2所示.因为衍射峰的半高
7、宽度同被测样品的晶粒大小成反比,所以,ZrO2是多晶而SiO2是非晶体.X射线结构分析得到,单斜ZrO2的原胞基矢是a=0151477nm,b=015203nm,c=0153156nm,B=99°23′;四角ZrO2的原胞基矢是a=b=01512nm,c=01525nm.P2O5的掺入是为了增强湿敏性,其含量极少,以致X射线衍射都难以测出,必须利用X射线能谱[2]仪才能测量.为了便于测量红外透射光谱,我们图2SiO2粉末的X射线衍射谱从半导陶瓷上刮下一薄层粉末,再加入一百倍重量的KBr混合研磨;使用11T液压机压成圆片,直径13mm,厚度尽可能薄到
8、能够透过更多红外光.3 傅里叶红外透射光谱图3为ZrO2·SiO2·P2O5半导陶瓷的红外透射光谱图.透射谷也就是红外吸收
