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本文介绍了ZnO材料的基本性质包括物理结构、电学性质、光学性质、缺陷以及掺杂包括提高气敏性的掺杂方法,并综述了金属氧化物半导体气敏元件的掺杂技术；列举了制备ZnO晶体薄膜的方法,着重介绍了磁控反应溅射法；研究了纯ZnO薄膜和掺杂5at.％Ce的ZnO薄膜气敏元件的气敏性能,并比较了两者对100μL·L-1乙醇、丙酮和苯的气敏性能。
利用直流反应磁控溅射法在玻璃基片上制备了纯ZnO薄膜和掺杂5at.％Ce的ZnO气敏薄膜。
实验分别测试了在不同的溅射参数下纯ZnO薄膜样品的结构性能、表面形貌,还有紫外到可见光波段的透射谱。当其它溅射参数相同且一定时,在氧氩比分别为1:5、1:6、1:7条件下制得ZnO薄膜,从结构性能上看1:6条件下制得的ZnO薄膜衍射强度最高、半高宽最窄。从表面形貌上看此条件下的薄膜表面均匀且光滑,晶界间隙变小,晶粒相应增大；当其它溅射参数相同且一定时,溅射电压分别为370V、380V、390V条件下制得ZnO薄膜,从结构性能上看390V条件下制得的ZnO薄膜结晶状况最好,随着溅射电压的降低,晶体结晶状况越来越差,衍射峰逐渐变低,半高宽逐渐减小。从表面形貌上看此电压条件下的ZnO薄膜表面光滑,晶界间隙小,晶粒排列紧密；当其它溅射参数相同且一定时,衬底温度分别为100℃、200℃、300℃条件下制得ZnO薄膜,从结构性能上看200℃条件下制得的薄膜衍射峰强度最强,且半高宽最窄,其它两个衬底温度下溅射的薄膜结晶不是很好,同时出现了(102)和(103)晶向的衍射峰,说明升高衬底温度之后薄膜样品的C轴择优取向变差了。从表面形貌上此温度条件下的晶粒尺寸大、表面平整且光滑。最后测量得到了不同氧氩比、不同溅射电压、不同衬底温度条件下制得薄膜从紫外光到可见光波透射谱,发现这几项溅射参数对薄膜的透射谱的影响没有规律可循。
利用气敏测试系统分别对纯的ZnO薄膜和掺杂5at.％Ce的ZnO薄膜的气敏性能进行了测试,测试了此两种薄膜对100μL·L-1乙醇、丙酮和苯的气敏性能。工作温度低于300℃时,纯ZnO薄膜对这三种气体的灵敏度较低,工作温度为300℃左右时,纯ZnO薄膜对这三种气体的灵敏度较低灵敏度达到最高,较高的工作温度也会使灵敏度降低。其中纯的ZnO薄膜对乙醇灵敏度最高,对丙酮的灵敏度次之,对苯的灵敏度最差；掺杂5at.％Ce的ZnO薄膜对100μL·L-1乙醇、丙酮和苯的灵敏度比纯ZnO薄膜对这三种气体的灵敏度都相应的有所提高,不同的是最佳工作温度有所提高,在320℃左右时对乙醇的灵敏度最好,可以达到60,低于或者高于这个温度灵敏度都会降低。掺杂5at.％Ce的ZnO薄膜对乙醇的灵敏度最高,对丙酮次之,对苯灵敏度最差。纯的ZnO和掺杂Ce的ZnO薄膜对乙醇的选择性最好。