采用溶膠-凝膠自旋涂層法制備了氧化鋅和ZnO-CuO復合薄膜，測定了其在100~500°C之間的電導率和還原氣體靈敏度。隨著氧化鋅薄膜厚度的線性增加，晶粒尺寸增大，薄膜密度變大。其結果是，電導率增加了。結果表明，加入氧化銅可以增加ZnO-CuO復合薄膜的粒徑。隨著涂層數的增加，ZnO-CuO薄膜的厚度也隨晶粒尺寸的增大而增大。重復涂層的ZnO-CuO薄膜的電導率也有所增加。加入10mol.%氧化銅消除了薄膜的CO氣體敏感性，嚴重降低了h2氣體敏感性。氧化銅和氧化鋁的共加給了p型傳導對氧化鋅膜氣體敏感性降低的影響。

介紹

氧化鋅被用于許多不同的應用，如透明電極，SAW過濾材料，以及氣體傳感器材料。氧化鋅作為一種氣體傳感器材料，用于檢測還原氣體，如CO和h2。為了提高靈敏度和選擇性，在傳感器的表面添加了Pd和Au等催化劑。此外，這些傳感器還由厚和薄膜制成。自從p-n異接觸傳感器的CO氣體選擇性的可能性被報道以來，各種形式的異接觸傳感器也在進行測試，包括機械接觸型、薄膜型和復合形式。本研究制備了穩(wěn)定的氧化鋅溶膠，并利用溶膠的自旋涂層制備了氧化鋅薄膜。通過重復的自旋涂層程序，控制了薄膜的厚度，并研究了薄膜的微觀結構和電導率。制備了鋅-cuo復合薄膜，驗證了p-n復合薄膜作為氣體傳感器的使用。研究了添加氧化銅后對電學和氣體傳感性能的影響。討論了CO和h2氣體之間可能的選擇性。

實驗

使用光致抗蝕劑旋轉器將前體溶液旋涂在12 mm2和0.5 mm厚的多晶氧化鋁(99.8%)基底。旋轉器在10秒后達到2500轉/分，并保持20秒。每次涂覆后，將涂膜在300℃下干燥10分鐘。重復該旋轉干燥過程以增加涂膜厚度。薄膜最終在800℃退火1小時。加熱和冷卻速度為3℃/分鐘1.從薄膜橫截面的掃描電鏡觀察測量薄膜厚度。按照相同的步驟制備純的、未摻雜的氧化鋅和氧化鋅-氧化銅復合膜。由于在n型氧化鋅中加入p型氧化銅降低了氧化鋅-氧化銅復合氣體傳感器對一氧化碳氣體的響應，因此Al2O3的加入量為1和10 at。CuO含量的%。這些樣品按照其在薄膜中的濃度命名為90ZnO–10CuO/0.1AI2O3、90ZnO–10CuO/1AI 2 O3。

結果和討論

薄膜的微觀結構受薄膜厚度和涂層數量的影響。圖。3顯示了氧化鋅的微觀結構(圖。3(a))和氧化鋅-氧化銅薄膜(圖。3(b))具有不同數量的涂層。對于單層和雙層涂層，顆粒之間的連接是松散的，因此薄膜看起來是多孔的。隨著涂層數量的增加，晶粒尺寸增大，薄膜變得致密。厚度約為。四次涂覆的氧化鋅薄膜的170納米和100納米的晶粒尺寸告訴我們，薄膜只有幾層厚。由于晶粒尺寸增大，無論涂層數量多少，薄膜都有一到兩層厚。換句話說，重復涂層主要通過增加顆粒尺寸而不是增加顆粒層的數量來增加薄膜厚度。對于6次涂覆的復合膜，觀察到的最大平均晶粒尺寸略小于ca。200納米。

圖7顯示了90ZnO–10CuO/0.1Al 2 O3復合膜的電導率曲線。薄膜現在被認為是ZnO和CuO相的復合物。由于CuO是p型半導體，當暴露于還原氣體時，從吸附的氧離子到CuO的電子轉移降低了CuO的空穴濃度，因此CuO加入到氧化鋅中有望降低n型氧化鋅的氣敏性。選擇鋁作為附加摻雜劑，因為鋁的添加在適當添加時保持了n型氧化鋅氣體傳感器的氣體靈敏度。當鋁在添加到氧化鋅之前被摻雜到氧化銅中時，對于體型復合傳感器，靈敏度實際上隨著氧化銅添加到氧化鋅中而增加。

圖9顯示了三種不同系列薄膜的電導率的比較。選擇在225℃下以200 ppm H2測量的電導率進行比較，以最小化氧吸附對電導率的影響。所有薄膜都顯示出增加的電導率，重復涂覆直到電導率達到平穩(wěn)狀態(tài)。

結論

采用溶膠-凝膠旋涂法成功制備了多晶氧化鋅和氧化鋅-氧化銅復合薄膜。重復涂覆后，隨著膜厚和密度的增加，氧化鋅薄膜的電導率顯著增加，氣敏性降低。鋁共摻雜到氧化鋅-氧化銅復合膜中沒有產生預期的一氧化碳氣敏性，可能是由于未能產生氣敏性所需的微結構。因此，可能需要具有多于幾層晶粒或具有調整的微結構和組成的薄膜來再現塊狀復合材料所示的氣體敏感性。

審核編輯：湯梓紅