磁控溅射制作ZnO薄膜及其气敏特性研究

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用ZnO材料制备的气体传感器因为气体敏感灵敏度高、稳定性好、耐腐蚀性、结构简单、价格低等优点获得了广泛的应用。随着气体传感器市场的不断扩大,对ZnO薄膜性能的要求也不断提高。本文尝试从改变磁控溅射工艺参数等方面来改善ZnO薄膜气敏性能。主要研究内容如下:  结合影响磁控溅射制备的ZnO薄膜性能的各个因素,对磁控溅射的条件作了改变,分别采用了不同的溅射压强和溅射功率制备ZnO薄膜。研究发现,在一定范围内随着溅射压强的减小ZnO的晶化程度增强,但压强过小则会导致晶格缺陷。而随着溅射功率的增大,溅射出来的原子有足够的能量迁移到合适的位置,有利于形成完整的晶格结构,薄膜的平均晶粒增大,晶体的结晶质量也随之提高,进一步提高溅射功率,薄膜的c轴择优取向性变差。不同的退火条件对晶向的影响也很大,在一定范围内,温度越高,ZnO的c轴取向越明显,但退火温度过高会导致晶格结构的改变。通过对ZnO薄膜的H2S气体敏感特性测试的结果分析,发现ZnO薄膜的厚度和测试温度对薄膜的H2S敏感特性也有很大的影响。  经过比较各项不同的因素下制备的ZnO薄膜的H2S气体敏感特性,结合SEM和XRD测试发现,采用100W的溅射功率,1.2Pa的溅射压强溅射40min的ZnO薄膜在700℃下退火后具有最佳的H2S气体敏感特性。在H2S浓度为150ppm时器件的灵敏度高达450。
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