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气敏材料及其传感技术是上世纪三十年代才发展起来的,其中以SnO<,2>最具代表性,对其气敏电学机理和应用的研究开展得比较广泛和深入。近年来,随着SnO<,2>薄膜的气敏光学特性的发现,引起人们对其气敏光学机理研究的兴趣。
本文首先就磁控射频溅射制备SnO<,2>及其掺杂薄膜的工艺进行了研究,通过实验对工艺条件进行了摸索,如:掺杂方式、溅射气氛、溅射时间、溅射功率、退火温度及时间等,初步总结了较佳的工艺条件;对用此法所制备的薄膜进行了XRD已经AFM测试。
本文主要实验是:1、测量所制SnO<,2>薄膜的光学特性;2、在常温下,不同种类和不同浓度的还原性气体中,不同掺杂的SnO<,2>薄膜气敏前后其光透射率的变化情况。结果发现,掺杂物质、测试气体种类与浓度等因素均会对薄膜的气敏光学特性产生影响,而且光透射率的变化与入射波长相联系。
本文结合以往的研究和根据实验结果,对纯及掺杂SnO<,2>薄膜的气敏光学特性作了总结,然后对气敏光学作用机理进行了分析和探讨。结合光传输和色散理论讨论了薄膜的光吸收机理,薄膜光透射率的变化是由薄膜介质的振子特性(如:电偶极子浓度NZ、阻尼系数γ)的变化引起;接着研究薄膜的气敏变化机制和敏感作用的机理,分析了常温下薄膜的表面效应对振子特性的影响。与传统的气敏电阻型传感器相比,气敏光学型可在常温下工作,且可探测浓度高,通过选择合适的气敏材料、掺杂物质及工作波长,有望发展成对某种气体有较高的灵敏度和选择性的新型气敏光学传感器。