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氧化锡/硅纳米孔柱阵列传感性能研究

作　者: 陈红彦
导　师: 李新建
学　校: 郑州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 二氧化锡 硅纳米孔柱阵列 湿度传感器 气体传感器 硫化氢 一氧化碳
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着科学技术的发展和生活质量的提高,用于环境检测的传感器也朝着微型化、智能化和集成化方向发展。虽然二氧化锡(Sn02)是传统半导体气体传感材料中的明星材料,对CH4、H2S、CO、CH5COOH等有很好的传感性能,但目前对Sn02湿敏性能的研究还不很充分。硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)具有独特的纳米/微米三重层次复合结构,以Si-NPA作为传感元件的衬底材料,不仅可以提供较大的气体接触表面积还可为气体传输提供有效的通道,从而有效提高传感材料的响应性能。本文采用化学气相沉积法在Si-NPA上沉积纳米Sn02薄膜,制备出具有高比表面积、颗粒分布均匀的SnO2/Si-NPA纳米复合体系,并对其气湿敏性能进行研究。围绕本研究课题,开展的实验工作及结果如下：1.借助于XRD、SEM等分析手段,研究了改变生长条件,如反应物质量、生长源位置、生长温度、生长时间和通气时间等对样品的形貌结构的影响,制备出了质量较高的SnO2/Si-NPA纳米复合体系。2.在一系列不同的湿度条件下对SnO2/Si-NPA元件进行了湿敏测试。通过对不同测试频率下电容-湿度,灵敏度-湿度响应曲线比较分析,得出了最佳测试频率为1000Hz。测试结果表明,SnO2/Si-NPA湿敏元件具有输出信号强,电容-湿度曲线线性好,灵敏度高,重复性好等优点。SnO2/Si-NPA湿敏元件的优越性能是由敏感材料Sn02和衬底Si-NPA共同作用的结果。3.对SnO2/Si-NPA元件进行气敏测试。通过对不同浓度条件下Ⅰ-Ⅴ特征曲线比较分析,初步探讨了一定温度下SnO2/Si-NPA传感元件对的不同浓度H2S、CO敏感性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 引言  10-31
  1.1 传感器概述  10-24
    1.1.1 概念、标准及重要性  10
    1.1.2 湿度传感器研究现状  10-21
    1.1.3 气体传感器研究现状  21-24
  1.2 纳米材料在传感器中的应用  24-26
  1.3 多孔硅在传感器中的应用  26-27
  1.4 二氧化锡(SnO_2)在传感领域的应用  27-29
    1.4.1 纳米SnO_2的制备方法  27
    1.4.2 SnO_2传感材料的研究现状  27-29
  1.5 本课题的研究内容与意义  29-31
第二章 SnO_2/Si-NPA的制备与表征  31-45
  2.1 硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)的制备及表征  31-32
    2.1.1 Si-NPA的制备  31
    2.1.2 Si-NPA的形貌表征  31-32
  2.2 SnO_2/Si-NPA的制备及表征  32-42
    2.2.1 制备方法与实验方案  32-34
    2.2.2 SnO_2/Si-NPA的制备及表征  34-40
    2.2.3 优化条件下SnO_2/Si-NPA的形貌结构及表征  40-42
  2.3 敏感元件的制备  42-43
  2.4 本章小结  43-45
第三章 SnO_2/Si-NPA元件的湿敏特性测试与分析  45-60
  3.1 湿度传感器简介  45-46
    3.1.1 湿度的表示方法  45
    3.1.2 湿度传感器的基本表征参数  45-46
  3.2 湿敏测试实验设计  46-48
    3.2.1 实验技术路线设计  46-47
    3.2.2 湿度发生装置及测试仪的选译  47-48
  3.3 SnO_2/Si-NPA元件的湿敏特性测试与分析  48-59
    3.3.1 电容特性响应曲线  48-49
    3.3.2 灵敏度测试  49-51
    3.3.3 响应时间测试  51-52
    3.3.4 重复性测试  52-53
    3.3.5 湿滞测试  53-54
    3.3.6 复阻抗谱分析  54-59
  3.4 本章小结  59-60
第四章 SnO_2/Si-NPA元件的气敏特性测试与分析  60-69
  4.1 气体传感器背景介绍  60
  4.2 气敏实验装置及设计原理  60-62
    4.2.1 实验量值的设定  61
    4.2.2 实验步骤  61-62
  4.3 SnO_2/Si-NPA元件的气敏测试与分析  62-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章 结论及展望  69-72
  5.1 总结  69-70
  5.2 展望  70-72
参考文献  72-83
完成的论文  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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