采用真空气相沉积法在硅单晶[111]、玻璃衬底上分别制备Sn、SnO2薄膜,然后对薄膜进行氧化、热处理。采用同样方法制备稀土金属钕掺杂纳米SnO2薄膜。对薄膜进行物相结构、表面形貌、光学、电学特性及痕量分析等测试,研究分析薄膜制备工艺、稀土掺杂含量、衬底以及热处理温度和时间对SnO2薄膜的结构特性、晶粒尺寸、阻温特性、光学性能、气敏特性影响。 实验结果显示,以分析纯Sn粉作为蒸发源,在硅单晶[111]和玻璃衬底上生长Sn薄膜,然后在T=450～750℃及大流量氧气中同时进行氧化、热处理,可获得良好的SnO2薄膜。采用分析纯SnO2粉作蒸发源,经大流量氧气进行热处理同样可以获得良好的SnO2薄膜。 经稀土钕掺杂可以降低薄膜的薄层电阻,本实验在玻璃衬底制备薄膜的薄层电阻可降到4.8×104Ω/□,在硅衬底制备的薄膜则下降至1.282×103Ω/□。掺钕可抑制薄膜晶粒的生长,当掺钕含量为5at%时薄膜的结构特性最佳,但薄膜的光透过率有不同程度降低,在可见光区范围内透射率降至50%左右。实验给出经掺钕后SnO2薄膜对丁烷气体的选择性好,薄膜工作温度可降至280℃。不同衬底对薄膜性能影响较大,硅衬底制备的薄膜有沿[101]晶相择优生长趋势,但经掺钕后择优生长趋势消失显示出自由生长状态;薄膜经掺钕后呈多孔颗粒状,平均晶粒尺寸为50nm左右。
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