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多孔二氧化锡气体传感器的工艺及性能研究
作 者: 万久晓
导 师: 刘欢
学 校: 华中科技大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 二氧化锡 阳极氧化 电泳沉积 多孔 气敏
分类号: TP212
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 8次
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内容摘要
本文通过阳极氧化和电泳沉积两种工艺研究了多孔气敏膜的制备及其气敏特性。理论分析给出了多孔材料的气敏性能与比表面积的定量关系,表明提高比表面积可以提高灵敏度。通过借鉴铝的阳极氧化成熟的工艺,获得了具有多孔结构的SnO2薄膜。研究了不同氧化电压下薄膜的气敏性能,在室温下对4.1ppm的H2S气体,随着氧化电压的增加,器件灵敏度增加,在10V的时候灵敏度达到最大值53,而后随着氧化时间增加到12V的时候,灵敏度开始降低,但恢复时间缩短。SEM表明薄膜具有孔状结构,孔大小为12微米。用沉淀法工艺合成了纳米SnO2粉体,TEM测试表明粉体粒径为815nm,与用谢乐公式根据XRD测试结果的三个峰算出的平均粒径10.2相符合。通过优化沉积参数,得出了进行电泳沉积的最佳工艺条件。沉积电压,沉积时间,悬浮液浓度和沉积量在一定的范围内基本上呈线性关系。BET测试表明厚膜具有较大的比表面积,400℃烧结两小时后比表面积从57.5m2/g减小到44.2m2/g,孔径从4.4nm增加到8.7nm。SEM图中发现了150300nm的一次颗粒,这些一次颗粒团聚成直径为23μm的二次颗粒,厚膜具有疏松多孔的结构。电泳沉积的膜在经过400℃烧结后电阻从87KΩ增加到17MΩ,在室温下对4.1ppm的H2S灵敏度由13增加到201,500℃烧结后的膜可达到最高的灵敏度。提高工作温度后可以提高器件对H2S气体的气敏性能。研究了器件在不同温度下对13.7ppm的NO2的连续响应恢复曲线,当器件工作在80℃时待测气体被抽出后可以完全恢复到初始状态。随着工作温度的升高,对NO2气体的灵敏度升高,响应时间和恢复时间均变小。运用质量作用定律和气体扩散理论讨论了电泳沉积SnO2厚膜对NO2气体的气敏机理。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-7 目录 7-9 1 绪论 9-18 1.1 气敏传感器概述 9-10 1.2 二氧化锡气敏机理 10-13 1.3 SnO_2气敏材料研究现状及发展趋势 13-14 1.4 SnO_2对还原性气体的灵敏度分析 14-17 1.5 课题来源与研究内容 17-18 2 阳极氧化法制备多孔氧化锡气敏薄膜 18-30 2.1 金属锡阳极氧化概述 18-19 2.2 薄膜的溅射和表面抛光 19-22 2.3 阳极氧化工艺的研究 22-24 2.4 气敏测试系统简介 24-25 2.5 对 H2S 气体的气敏性能研究 25-27 2.6 阳极氧化基本原理分析 27-30 3 电泳沉积法制备氧化锡纳米厚膜 30-42 3.1 电泳沉积概述 30-31 3.2 SnO_2纳米粉体的制备 31-33 3.3 SnO_2悬浮液稳定性的研究 33-37 3.4 沉积参数与厚膜沉积量的关系 37-41 3.5 沉积过程动力学研究 41-42 4 电泳沉积厚膜的气敏性能研究 42-55 4.1 电泳沉积厚膜的形貌分析 42-44 4.2 对 H2S 的气敏特性研究 44-48 4.3 对 NO_2的气敏特性研究 48-50 4.4 对 NO_2气敏机理的分析 50-55 5 总结与展望 55-57 致谢 57-58 参考文献 58-63 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文和专利 63
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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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