ZnO纳米/微米结构传感器对乙醇气敏性研究

采用化学气相法分别在石英舟内表面和单晶硅衬底上制备了ZnO微米片、纳米线、微米四足体以及微米球4种结构,并制作了相应的气敏传感器。扫描电子显微镜、气敏测试仪等结果显示：合成的ZnO纳米/微米结构尺寸在200 nm~100 μm之间,传感器最佳工作电流区间为120~130 mA,其中微米四足体制备的传感器灵敏度高达127,展现出优异的气敏特性。在4种结构中,微米四足体材料内部的V_O缺陷含量最高,结合气敏测试与荧光光谱结果,我们认为材料内部的V_O缺陷含量是影响材料气敏特性的最重要因素。     

不同Ar/O2气压比例条件下立方MgZnO薄膜生长特性及紫外光吸收特性

利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备了立方结构MgZnO薄膜,研究了在不同Ar/O₂气压比例条件下,立方结构MgZnO薄膜的生长取向、光学带隙和Mg/Zn含量比例的变化规律。当固定氧气分压为2 Pa、通过注入惰性的Ar气使生长气压从2 Pa升高到7 Pa时,MgZnO薄膜的生长取向由（200）向（111）转变。当生长气压从2 Pa升高到6 Pa时,MgZnO薄膜光学带隙变窄。而当生长气压从6 Pa升高到7 Pa时,MgZnO薄膜光学带隙反而变宽。通过XPS数据分析,不同生长气压下MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与薄膜Mg/Zn含量比例的变化规律不一致,MgZnO薄膜中Mg和Zn与O的结合情况的变化对薄膜的光学带隙也有影响。     

生长温度对立方MgZnO薄膜生长取向和紫外光吸收特性的影响

利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备立方结构MgZnO薄膜,并研究MgZnO薄膜结晶特性、光学带隙随生长温度的变化情况。当生长温度从150℃升高到700℃时,MgZnO薄膜的生长取向由（200）向（111）转变。在600℃以下,MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与晶格中Mg和Zn原子比例的变化趋势是一致的;而当温度升至700℃时,虽然MgZnO晶格中Mg和Zn原子比例降低,但由于平均晶粒尺寸变大,薄膜的光学带隙反而上升。在300℃和700℃晶格匹配的情况下,获得了单一（200）和（111）取向的立方MgZnO薄膜。     

氧气流量对脉冲激光沉积ZnO薄膜的形貌及光学性质影响

使用脉冲激光沉积(PLD)方法在石英(SiO2)和单晶Si(111)基底上制备了具有高c轴择优取向的ZnO薄膜。测试结果显示:在30～70sccm氧气流量范围内,氧气流量50sccm时制备的ZnO薄膜具有较好的结晶质量、较高的光学透过率(≥80%)、较高的氧含量(～40.71%)、较快的生长速率(～252nm/h)和较好的发光特性:450～580nm附近发射峰最弱,同时～378nm附近的紫外发光峰最强,表明薄膜材料中含有较少的氧空位等缺陷。     

氧气流量对MgxZn1-xO薄膜择优取向的影响

利用脉冲激光沉积技术,选用靶材为Mg0.5Zn0.5O陶瓷靶材,在非晶石英衬底上研究氧气流量对MgxZn1-xO合金薄膜生长取向的影响.结果表明:在低压、低氧气流量条件下薄膜的成核生长主要受控于晶面的表面能,薄膜为(200)晶向;在沉积压强8.0Pa时,随着氧气流量的增加,反应粒子的能量降低,不同取向晶粒的生长速率发生变化,导致MgZnO薄膜的生长取向由(200)择优取向转变为(111)择优取向.当氧气流量过大(70 sccm)时,由于氧气分子迁移能的提高,MgZnO薄膜呈现多个不同生长取向.     

Pd颗粒表面修饰ZnO纳米线阵列的制备及其气敏特性

采用化学气相沉积(CVD)方法在SiO_2/Si衬底生长了ZnO纳米线阵列,纳米线长约为15μm,直径为100~500 nm。通过改变溅射沉积时间(0~150 s),在ZnO纳米线表面包覆了不同厚度的Pd薄膜。在Ar气氛中,经800℃高温退火后,制备出Pd颗粒表面修饰的ZnO纳米线阵列并对其进行了气敏测试。对于乙醇而言,所有传感器最佳工作温度均为280℃。溅射时间的增加(3~10 s)导致ZnO纳米线表面Pd纳米颗粒数量及尺寸增加,传感器响应值由2.0增至3.6。过长的溅射时间(30~150 s)将导致Pd颗粒尺寸急剧增大甚至形成连续膜,传感器响应度显著降低。所有传感器对H2均表现出相对较好的选择性,传感器具有较好的响应-恢复特性和稳定性。最后,探讨了Pd颗粒表面修饰对ZnO纳米线阵列气敏传感器气敏特性的影响机制。