二氧化釩薄膜的制備及甲烷氣敏性能初探.pdf

1、二氧化釩(VO2)是釩和氧結(jié)合形成的亞穩(wěn)態(tài)釩氧化物，在光和熱的激勵(lì)下，可發(fā)生半導(dǎo)體相到金屬相的轉(zhuǎn)變，且具有可逆性，其相變溫度約為68℃，接近室溫，受到研究人員廣泛關(guān)注。利用以薄膜形式存在的VO2在相變過(guò)程中引起的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)的突變特性，可制備智能窗、光電開(kāi)關(guān)、相變存儲(chǔ)器等。在VO2薄膜的相變特性研究中發(fā)現(xiàn)，高的相變幅度和低的相變溫度可以有效提高器件性能。近期研究發(fā)現(xiàn)，VO2薄膜不僅是理想的熱敏感電阻材料，而且可以作為氣體敏感材料應(yīng)用于

2、甲烷氣敏傳感器中。
　　本文研究?jī)?nèi)容主要包括兩個(gè)方面:一是具有高熱致相變幅度和低熱致相變溫度氧化釩(VOx)薄膜的制備;二是VOx薄膜微觀(guān)形貌和貴金屬摻雜對(duì)甲烷氣敏性能的初探。利用X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、四探針測(cè)試儀及氣敏測(cè)試系統(tǒng)對(duì)VOx薄膜進(jìn)行微觀(guān)分析及電學(xué)、氣敏性能的研究。首先采用磁控濺射加快速熱處理的方法制備VOx薄膜。實(shí)驗(yàn)中利用單一變量的方法，通過(guò)調(diào)整熱處理參數(shù)，獲得高熱致相變幅度及低熱

3、致相變溫度的VOx薄膜。發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱處理溫度為460℃，時(shí)間為270s，氧氣流速為5slpm時(shí)，VOx薄膜的熱致相變幅度最大，超過(guò)2個(gè)數(shù)量級(jí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的熱致相變溫度為46℃，遠(yuǎn)低于單晶VO2體材料的相變溫度68℃。
　　對(duì)于甲烷氣敏性能的研究中，主要通過(guò)增加薄膜表面積及在薄膜表面進(jìn)行貴金屬摻雜的方式來(lái)提升甲烷氣敏性。在優(yōu)化薄膜表面積方面，通過(guò)改變?yōu)R射時(shí)的基底溫度及在金屬V薄膜表面噴Cu兩種方式來(lái)提高表面積。結(jié)果表明當(dāng)濺射V膜時(shí)基底溫度

4、為400℃，并在V膜表面噴Cu后進(jìn)行熱處理，所得薄膜的形貌具有較大比表面積，此時(shí)薄膜對(duì)甲烷表現(xiàn)出一定的氣敏反應(yīng)。而當(dāng)摻雜貴金屬Pt時(shí)，相比較于未進(jìn)行摻雜的VOx薄膜對(duì)甲烷的靈敏度提升，且常溫下便可進(jìn)行甲烷氣敏性的測(cè)量，這對(duì)于降低氣敏傳感器的工作溫度具有重要意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，貴金屬Pt的摻雜相比較于增大薄膜表面積對(duì)于甲烷氣敏氣敏性能的提升更具有影響力。將VOx用作敏感材料探測(cè)甲烷，不僅擴(kuò)展了VOx薄膜的應(yīng)用范圍，同時(shí)對(duì)于溫室效應(yīng)和瓦斯爆