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、光電開關(guān)、相變存儲器等。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。
　　本文研究內(nèi)容主要包括兩個方面: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薄膜微觀形貌和貴金屬摻雜對甲烷氣敏性能的初探。利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、四探針測試儀及氣敏測試系統(tǒng)對VOx薄膜進行微觀分析及電學(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。實驗中利用單一變量的方法，通過調(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℃，時間為270s，氧氣流速為5slpm時，VOx薄膜的熱致相變幅度最大，超過2個數(shù)量級，此時對應(yīng)的熱致相變溫度為46℃，遠低于單晶VO2體材料的相變溫度68℃。
　　對于甲烷氣敏性能的研究中，主要通過增加薄膜表面積及在薄膜表面進行貴金屬摻雜的方式來提升甲烷氣敏性。在優(yōu)化薄膜表面積方面，通過改變?yōu)R射時的基底溫度及在金屬V薄膜表面噴Cu兩種方式來提高表面積。結(jié)果表明當(dāng)濺射V膜時基底溫度

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