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氦辅助磁控溅射合成铜掺杂TiO$_2$的增强氢响应

材料科学 2026-07-03 v1 应用物理
作者: Akash Kumar , Nirmal Kumar , David Kolenatý , Mina Farahani , Jiří Rezek , Tomáš Kozák , Stanislav Haviar
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摘要

通过在Ar/O2_2/He混合气体中进行反应直流磁控溅射合成了用于氢传感的Cu掺杂TiO2_2薄膜，其中He分数用作薄膜生长的控制参数。通过将正入射沉积(NAD)和掠射角沉积(GLAD)与沉积后退火相结合，研究了He对微观结构形成和传感器性能的影响。X射线衍射和电子显微镜显示，He促进了纳米结构形成、沉积态NAD薄膜的晶格膨胀、退火后孔隙率的增加以及最终氧化物层中更强的锐钛矿特征。这些增强反应表面积的结构变化，导致在300\,∘^\circC、1~vol.\,\% H2_2条件下氢传感性能的改善。仅通过用氦气替换部分氩气，NAD薄膜的响应就从1.4增加到6.0，而GLAD薄膜仅显示出适度的增加。所观察到的纳米结构形成根据一个模拟支持的生长情景进行了讨论，该情景涉及高能背散射He、减弱的锤击效应以及与冷却相关的吸附原子迁移率抑制，这些因素共同有利于形成更开放的传感层。氦辅助溅射代表了一种用于调控面向气体传感应用的氧化物薄膜的有用物理途径。

关键词

氢传感 TiO2薄膜 磁控溅射 氦辅助沉积 纳米结构形成 气体传感器

引用

@article{arxiv.2607.03268,
  title  = {Enhanced hydrogen response of copper-doped TiO$_2$ synthesised by helium-assisted magnetron sputtering},
  author = {Akash Kumar and Nirmal Kumar and David Kolenatý and Mina Farahani and Jiří Rezek and Tomáš Kozák and Stanislav Haviar},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2607.03268},
  year   = {2026}
}

备注

Revised version submitted to Applied Surface Science