稀土镝、钕、镧掺杂纳米SnO2薄膜的特性

论文摘要

采用真空热蒸发法在玻璃衬底制备纳米Sn薄膜,在空气或氧气气氛下对薄膜进行氧化、热处理,获得性能良好的SnO2纳米多晶薄膜。采用同样方法制备稀土金属镝（钕、镧）掺杂纳米SnO2薄膜。经X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、分光光度计等方法对薄膜进行各种性能测试,研究不同制备工艺、稀土掺杂含量、及热处理温度和时间对SnO2薄膜的结构特性、晶粒尺寸、表面形貌、电学、光学、气敏特性影响。实验给出:以高纯Sn粉蒸发制备的薄膜,经T=550℃,t=45min氧化、热处理后,可获得性能良好的SnO2多晶薄膜。薄膜沿（110）晶向择优生长,平均晶粒尺寸约47.43nm。在相同氧化、热处理条件下（T=550℃,t=25min）,掺钕含量为7at%时,可获得表面和结构良好的SnO2薄膜,平均晶粒尺寸约34.55nm;而掺镝含量为9at%时,薄膜则沿（101）晶向择优生长,平均晶粒尺寸约65.07nm;当掺镧含量为7at%时,获得的薄膜则沿（110）晶向择优生长,平均晶粒尺寸约42.83 nm。所有制备的SnO2薄膜均呈N型,电阻很高。场发射扫描电镜分析给出,SnO2多晶薄膜表面均呈颗粒孔状结构,表面较均匀平整,颗粒大小较均匀约在0.3-0.8μm,随热处理温度升高,颗粒聚集程度增强。经稀土镝（钕、镧）掺杂后,SnO2薄膜的光透射率（入射波长300-900nm内）均有不同程度的降低。纯SnO2薄膜的光学带隙宽度3.07ev,随掺钕、镝、镧含量增加,薄膜的光学带隙呈递减趋势,光学带隙在2.62-3.07ev范围内。实验给出:掺镝（3at%）可使SnO2薄膜对丙酮的灵敏度提高达到42;掺镧（5at%）可明显提高SnO2薄膜对氧气、乙醇的灵敏度;掺钕（5at%）同样可改善SnO2薄膜对丙酮的灵敏度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• （一） 研究背景
• （二） 金属氧化物半导体薄膜气敏材料的研究现状
• 2的基本特性'>（三） SnO₂的基本特性
• 2薄膜的制备方法'>（四） SnO₂薄膜的制备方法
• （五） 半导体薄膜制备的热处理技术
• （六） 金属氧化物半导体薄膜材料的气敏原理
• （七） 稀土材料的基本性质和应用
• （八） 研究目的及意义
• 第二章 实验
• （一） 实验设备
• （二） 主要化学试剂、衬底基片、蒸发源材料
• （三） 测试方法及仪器
• （四） 衬底及蒸发源的清洁处理
• （五） 实验过程
• 第三章 结果与讨论
• （一） 薄膜的结构特性
• 2薄膜表面形貌特征'>（二） SnO₂薄膜表面形貌特征
• （三） 薄膜的导电性能
• （四） 薄膜的光学特性
• 2薄膜的气敏特性'>（五） SnO₂薄膜的气敏特性
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表学术论文
• 硕士期间参加的科研课题