直流磁控反应溅射制备TiO薄膜及氧敏特性研究

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TiO2具有金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型,在一定温度和压力下可发生晶型的转变。TiO2薄膜在可见光区透射率高,折射率大,是非常重要的光学膜;TiO2可作为多种传感器材料,不仅可以用于湿敏和压敏元件,也可用于检测多种气体,特别是O2。 本论文研究了采用直流磁控反应溅射法制备的TiO2氧敏薄膜。在本底真空2.4×10-3pa,溅射电压420V,溅射电流0.3A,氧分压0.17Pa,溅射总气压1.5Pa条件下制得TiO2薄膜,未退火时为无定型结构,300℃退火后为锐钛矿结构,600℃退火后锐钛矿与金红石结构共存,1000℃退火后完全转变为金红石结构。经1000℃退火后的样品,在一定工作温度下,随氧分压增加灵敏度逐渐升高;工作温度越高,灵敏度增加越缓慢;200℃下灵敏度随氧分压增加最快,且具有最高的平均灵敏度。计算得到氧分压为0.405、0.576和0.692时的激活能分别为0.391eV、0.449eV和0.498eV,此激活能的结果较小,表明该TiO2氧敏薄膜的温度稳定性得到了一定的改善。该氧敏薄膜的导电影响因素较为复杂,Ti3+(int),Ti4+(int)和V2+O均存在且都对导电机制的形成起到作用,而Ti3+(int)作用最为显著。 在制备TiO2薄膜时,随着pO/pAr减小和氧气压的增加,得到样品的氧敏特性较好;1000℃退火后的样品较600℃退火后的样品敏感特性好,认为较高的退火温度可促使金红石相TiO2的生成,从而得到较为理想的氧敏相TiO2。
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