多孔硅基-一維金屬氧化物復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備與氣敏性能研究.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文多孔硅基多孔硅基一維金屬氧化物復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備與氣敏性能研究一維金屬氧化物復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備與氣敏性能研究StudyonthePreparationSensingPropertiesofPousSiliconOneDimensionalMetalOxide一級(jí)學(xué)科：電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)作者姓名：武雅喬指導(dǎo)教師：胡明（教授）天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院二零一四年三月i中文摘要中文摘要據(jù)報(bào)道影響城市空氣質(zhì)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(duì)NO2氣體敏感的材料中，低維金屬氧化物半導(dǎo)體由于具有高比表面積，電子定向傳導(dǎo)，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。本文對(duì)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(jié)構(gòu)氣敏機(jī)理簡(jiǎn)單概述之后，重點(diǎn)對(duì)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(fù)合材料

3、）的最新研究與發(fā)展概況進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。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(duì)其氣敏性能進(jìn)行全面分析的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)工作，取得了如下結(jié)果：（1）首次以硅基多孔硅作為生長(zhǎng)基底，碲粉作為生長(zhǎng)原料利用熱蒸發(fā)法在多孔硅上原位生長(zhǎng)TeO2納米線，并制備出p型多孔硅基p型TeO2納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。利用SEM，TEM以及XRD等表征手段分析了生長(zhǎng)在多孔硅基上的TeO2納米線微觀形貌以及晶體結(jié)構(gòu)。TeO2納米線直徑約

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

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(jié)構(gòu)的多孔硅，將該種多孔硅作為生長(zhǎng)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(fù)合結(jié)構(gòu)，優(yōu)化出該復(fù)合結(jié)構(gòu)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(cè)試了氣敏元件對(duì)濃度范圍為5500ppb的NO2氣體的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。結(jié)果表明該復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感器表現(xiàn)出極低的探測(cè)極限，探測(cè)極限可達(dá)5ppb。（3）以鎢酸鈉和氯化鈉為原料在180℃下利用水熱