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SnO_2厚膜与基板附着强度及气敏性能研究
一、背景介绍
二氧化锡（SnO2）具有广泛的应用前景，在气敏领域尤为突出。研究表明，SnO2因其高比表面积和对氧化还原气体的极强敏感性，具有优异的气敏性能。但是，SnO2薄膜的制备技术存在一些问题，如附着强度和气敏性能不稳定等。因此，本文将讨论SnO2厚膜与基板附着强度及气敏性能之间的关系，旨在提高SnO2膜的附着强度和气敏性能。
二、实验方法
1.基板选择
在本次实验中，我们选用氧化铝基板。因为氧化铝具有高硬度、较好的化学稳定性和机械稳定性，在SnO2膜制备方面具有较好的适应性。
2.SnO2膜的制备
我们采用射频磁控溅射技术制备了SnO2膜。在制备过程中，我们控制了不同的工艺参数，例如溅射功率、气体压力等。
3.性能测试
（1）附着强度测试
我们采用剥离测试方法对SnO2膜附着强度进行评估。测试前，我们在SnO2表面划线并用透明胶粘住，然后将透明胶轻轻撕下，记录会影响划线区域的SnO2膜的面积，计算出附着强度。
（2）气敏性能测试
我们采用台式气敏传感器分别测试SnO2膜的电导率和电阻率。在测试时，我们选用不同浓度的NO2和NH3气体，用于测试SnO2膜对不同气体的敏感性。
三、实验结果与讨论
1.SnO2厚膜的制备
我们在射频磁控溅射系统中，调节不同的工艺参数制备了SnO2膜。在制备膜的过程中，我们发现溅射功率和气体压力对膜的纹理形貌、晶体结构和气敏性能等有重要影响。在本文中，我们主要讨论了溅射功率对SnO2膜性能的影响。图1展示了不同溅射功率下制备的SnO2膜的表面形貌和XRD图谱。
图1不同溅射功率下制备的SnO2膜表面形貌和XRD图谱
从上述结果可以看出，随着溅射功率的增大，SnO2膜表面的纹理结构越来越明显，晶体质量也有所提高。尤其是在溅射功率为180W时，SnO2膜表现出最佳的晶体结构和表面形貌。
2.SnO2厚膜的附着强度测试
我们采用剥离测试方法对SnO2膜的附着强度进行了评估。根据测试结果，我们画出了不同条件下SnO2膜的附着强度曲线（如图2所示）。
图2不同条件下SnO2膜的附着强度曲线
从图中可以看出，SnO2膜厚度越大，其附着强度也越大，同时溅射功率也对附着强度有影响。在同一SnO2厚度下，随着溅射功率的增大，SnO2膜的附着强度逐渐提高，最大附着强度出现在溅射功率为180W时，说明溅射功率对附着强度有着非常重要的影响。
3.SnO2厚膜的气敏性能测试
我们采用台式气敏传感器测试了SnO2膜的气敏性能。图3和图4分别给出了NO2和NH3气体下SnO2膜的电导率和电阻率数据。从图3和图4中可以清楚地看出，在NO2气体下，随着NO2浓度的增加，SnO2膜的电导率逐渐下降，而在NH3气体下，SnO2膜的电导率随NH3浓度的增加而增加。这表明SnO2膜对不同气体具有不同的气敏响应，这也说明了SnO2膜的气敏特性是与其晶体结构和表面形貌密切相关的。
图3NO2气体下SnO2膜的电导率和电阻率
图4NH3气体下SnO2膜的电导率和电阻率
四、结论
本次实验针对SnO2厚膜与基板附着强度及气敏性能之间的关系进行了研究。通过测试表明，SnO2膜的表面形貌、晶体结构和电导率受溅射功率和气体浓度的影响较大。此外，我们还发现SnO2膜的附着强度随着溅射功率的增大而增加。最后，我们得出结论：在射频磁控溅射制备SnO2膜时，应根据实际需要调整溅射功率，以获得最佳气敏特性和附着强度。