CeO_2掺杂对ZnO薄膜气敏特性的影响.pdf

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1、6O传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第7期CeO2掺杂对ZnO薄膜气敏特性的影响季力，杨晶，李健(1．厦门大学物理与机电工程学院物理系，福建厦门361005；2．内蒙古大学物理科学与技术学院，内蒙古呼和浩特010021)摘要：ZnO薄膜进行CeO掺杂，研究掺杂含量和热氧化对薄膜结构、表面、晶粒尺寸及气敏特性的影响。结果显示，用热蒸发制备的高纯zn膜经500qC热氧化，获得C轴取向ZnO多晶薄膜。掺CeO可抑制晶粒生长使颗粒细化平均粒径减小，同时改善了ZnO薄膜的体相化学计量

2、比，zn与0的比例从未掺杂时1：1．28降到l：1．191。XPS分析给出薄膜中zn显+2价，O为一2价。掺CeO(9％)可大大提高薄膜对乙醇和丙酮的敏感性，灵敏度分别达35和40。关键词：氧化铈掺杂；氧化锌薄膜；气敏特性；乙醇；丙酮中图分类号：0484．4文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)07--0060-04EffectsofCeO2dopingongassensingpropertiesofZnOthinfilmsJILi，YANGJing，LIJian(1．DepartmentofPhysics，SchoolofPhys

3、icalandMechanical&ElectricalEngineering，XiamenUniversity，Xiamen361005，China；2．SchoolofPhysicalScienceandTechnology．InnerMongoliaUniversity．Hohhot010021．China)Abstract：ThedopingeffectofCeO2inthinfilmsstructure，topography，grainsizeandgassensingpropertiesofZnOthinfilmsisinvestiga

4、ted．Thepolycrystallinethinfilmswithc—axisorientationcanbeobtainedafterthermalvacuumevaporation．Thedopingbehaviorcanrefinethegrainsize，simultaneouslyreducethestoichiometricratiofromZn：0=l：1．28downtoZn：O=1：1．191．TheXPSresultsshowthatZnexistedas+2and0as一2states．Additionally，CeO2d

5、opingcandramaticallyenhancethesensitivitiestoethanolandacetone，reachingupto35and4O．respectively．Keywords：CeO2doping；ZnOthinfilms；gassensingproperties；ethanol；acetone0引言ZnO薄膜方法很多，如，电子束蒸发”]、分子束外延[14]、热ZnO是多功能材料，优良的性能使其备受关注。纯蒸发副等。本文主要研究CeO掺杂、热氧化条件等对ZnO工作温度高达450℃，合适掺杂可调节薄膜的电阻有ZnO薄

6、膜的气敏性质的影响。效降低其工作温度。因气体在薄膜表面进行化学吸附，杂1实验质进入ZnO可有效降低吸附的激活能，提高材料的灵敏ZnO薄膜制备分两步，先用纯zn粉(99．99％)沉积zn度。不同杂质掺入可使ZnO薄膜的电导率随表面吸附气和掺CeO(质量分数为3％，5％和9％)的zn膜，再对zn体种类和浓度不同而变化。实验给出ZnO薄膜气敏性能膜热氧化。将载玻片衬底清洁处理后烘干，高纯zn粉与与表面形貌、活性、比表面积等紧密相关，引起薄膜灵敏度CeO。粉细磨均匀混合放在钼舟中，真空度为2．20×和选择性变化的原因与氧空位浓度、表面粒径等因素有10Pa，

7、加热电流为150～170A，沉积出表面平整致密的zn关。纳米薄膜比表面积大、气孑L率高、相对气体阻抗变和掺CeO膜。在自动控温石英扩散炉中进行热氧化，较化较大，特别在降低材料工作温度、提高灵敏度、扩大监测高温度的热氧化还可对zn膜进行热处理，各种条件的zn范围有优越性。稀土掺杂对提高金属氧化物半导体薄膜对膜同时热氧化。大量实验给出，氧化温度低于500~C时zn气体的选择性和灵敏度可起到良好的作用。研究制备膜氧化不充分，高于550％后薄膜的结构较差。本实验给出收稿日期：2010-09-30基金项目：内蒙古自治区自然科学基金资助项目(200607010

8、109)；内蒙古自治区高等学校科学研究计划资助项目(NJ05030)62传感器与微系统第30卷350000薄膜的气敏工作温