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利用金属氧化物半导体的气敏一电阻特性制成的气体传感器是目前应用最为广泛的一种气体传感器。SnO2是最常用的气敏半导体材料。上世纪八十年代,有研究发现当SnO2接触还原性气体后,材料的光学性质随气体的性质及浓度的变化而变化,随着这一“气敏-光学”特性的发现,为半导体气敏材料SnO2的应用开辟了一个新的途径。
本文的研究工作包括:首先,分别利用磁控溅射法和溶胶凝胶法制备掺铜SnO2薄膜,对薄膜进行XRD及AFM测试;第二,在常温下研究薄膜与乙醇和丙酮的光学气敏性能,测试在气敏作用前后SnO2薄膜的光反射率的变化;第三,分别使用加温及紫外光照射的方法研究气敏薄膜的返回特性,寻求经气敏作用后薄膜能快速、可靠地恢复到其气敏作用前的状态的方法;最后,对比二法制备出的薄膜的各项性能,包括对气体的敏感性和返回特性。
本文的研究结果表明,实验所制备的SnO2薄膜均为多晶结构,且具有金红石结构,主要成分确为SnO2,且有Cu成分的存在。磁控溅射法制备的薄膜对乙醇和丙酮均具有气敏光学效应,且对两种气体有选择性,气敏作用的灵敏度高;溶胶凝胶法制备的薄膜同样对乙醇和丙酮均具有气敏光学效应,且更可靠。使用对气敏作用后的薄膜加温的办法能较快地使薄膜返回到其气敏作用前的初始状态。在常温常态下使用紫外光对经气敏作用后的薄膜照射60分钟后,薄膜状态明显返回,其中溶胶凝胶法制备薄膜的返回性能更佳。