多孔硅基-一維金屬氧化物復合結構的制備與氣敏性能研究.pdf

1、天津大學博士學位論文多孔硅基多孔硅基一維金屬氧化物復合結構的制備與氣敏性能研究一維金屬氧化物復合結構的制備與氣敏性能研究StudyonthePreparationSensingPropertiesofPousSiliconOneDimensionalMetalOxide一級學科：電子科學與技術學科專業(yè)：微電子學與固體電子學作者姓名：武雅喬指導教師：胡明（教授）天津大學電子信息工程學院二零一四年三月i中文摘要中文摘要據(jù)報道影響城市空氣質量

2、的首要污染物主要是PM10，占98.7%，SO2占1.0%，NOx占0.3%，其中NOx是一種致命的有毒氣體以及環(huán)境污染物，而NO2氣體是NOx的典型代表?？v觀對NO2氣體敏感的材料中，低維金屬氧化物半導體由于具有高比表面積，電子定向傳導，成本低廉等優(yōu)點而備受關注。本文對氣敏傳感器的定義與分類、主要特性參數(shù)及表征、金屬氧化物納米結構氣敏機理簡單概述之后，重點對四種非傳統(tǒng)的NO2氣敏材料（TeO2、WO3、硅基多孔硅以及硅基多孔硅復合材料

3、）的最新研究與發(fā)展概況進行了系統(tǒng)的總結。開展了制備硅基多孔硅TeO2納米線，硅基多孔硅WO3納米棒氣敏元件并對其氣敏性能進行全面分析的創(chuàng)新性實驗工作，取得了如下結果：（1）首次以硅基多孔硅作為生長基底，碲粉作為生長原料利用熱蒸發(fā)法在多孔硅上原位生長TeO2納米線，并制備出p型多孔硅基p型TeO2納米線復合結構氣敏傳感器。利用SEM，TEM以及XRD等表征手段分析了生長在多孔硅基上的TeO2納米線微觀形貌以及晶體結構。TeO2納米線直徑約

4、為100200nm，長度約為15μm，物相為四方相。首先系統(tǒng)對比研究了硅基多孔硅TeO2納米線復合結構以及多孔硅氣敏元件在不同溫度下（26150℃）對氧化性氣體NO2（0.053ppm）的氣敏性能。其次還對比了硅基多孔硅TeO2納米線復合結構以及其它已經(jīng)報道的TeO2納米結構氣敏傳感器的氣敏性能。最后測試了復合結構氣敏傳感器的重復性以及選擇性。結果表明硅基多孔硅TeO2納米線復合結構氣敏元件在室溫下對NO2氣體表現(xiàn)出高靈敏度，穩(wěn)定的重復

5、性以及杰出的氣體選擇性。（2）改變了制備多孔硅的硅片類型，制備了上面覆蓋有一層絮狀結構的多孔硅，將該種多孔硅作為生長基底利用熱蒸發(fā)法成功制備了p型多孔硅基p型TeO2納米針復合結構，優(yōu)化出該復合結構氣敏傳感器的最佳工作溫度，然后在最佳工作溫度（室溫）下測試了氣敏元件對濃度范圍為5500ppb的NO2氣體的動態(tài)響應曲線。結果表明該復合結構氣敏傳感器表現(xiàn)出極低的探測極限，探測極限可達5ppb。（3）以鎢酸鈉和氯化鈉為原料在180℃下利用水熱