WO3基氣敏傳感器薄膜材料的性質(zhì)及應(yīng)用研究.pdf

1、微結(jié)構(gòu)氣敏傳感器與電子鼻是近年來國(guó)際上傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，微結(jié)構(gòu)氣敏傳感器是利用微電子、微機(jī)械加工和薄膜技術(shù)將加熱測(cè)溫電阻、測(cè)量電極和敏感薄膜集成一體的新一代氣敏元件，具有低功耗、易集成、易陣列化、易智能化等優(yōu)點(diǎn)，因此氣敏薄膜材料的研究開發(fā)也成為一個(gè)熱點(diǎn)。
　　納米三氧化鎢是重要的半導(dǎo)體材料，在信息存儲(chǔ)、變色窗、燃料電池、化學(xué)傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，成為目前最具開發(fā)潛力的材料之一。本論文采用反應(yīng)磁控濺射法制備了WO3和T

2、i摻雜WO3薄膜，首次得到了p型鈦摻雜WO3薄膜，并用溶膠凝膠法制備了WO3基 Pd摻雜光學(xué)型傳感器薄膜材料。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　1)采用XRD、XPS、AFM、分光光度計(jì)、Hall效應(yīng)儀、臺(tái)階儀等對(duì)薄膜樣品結(jié)構(gòu)性能、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、表面型貌以及摻雜含量等進(jìn)行了表征，并對(duì)純WO3薄膜與Ti摻雜WO3薄膜進(jìn)行了比較。揭示了熱處理溫度與WO3薄膜晶相變化的關(guān)系，研究了摻雜對(duì)WO3氣敏薄膜光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等的影響，得到了

3、WO3基氣敏薄膜的較佳制備及熱處理?xiàng)l件。
　　2)采用透射譜和單諧振子模型獲得了薄膜的的光學(xué)常數(shù)和光學(xué)帶隙，計(jì)算結(jié)果表明WO3薄膜為間接帶隙，原態(tài)WO3薄膜的折射率在可見光范圍為2.3-2.0，光學(xué)帶隙為3.14eV左右，并得到了聲子能量。討論了熱處理和Ti摻雜對(duì)光學(xué)帶隙的影響，從理論上驗(yàn)證了取得理想微結(jié)構(gòu)氣敏傳感器WO3敏感薄膜的條件。
　　3)詳細(xì)研究了WO3和WO3摻雜薄膜的氣敏響應(yīng)特性，并首次利用WO3的變色特性研究

4、了WO3基光學(xué)型傳感器薄膜材料的特性。發(fā)現(xiàn)20％氧分壓下制備的的樣品，對(duì)氧化性氣體NO2有較理想響應(yīng)特性，最低測(cè)試濃度為0.1ppm，工作溫度在150℃-180℃；而p型鈦摻雜WO3薄膜對(duì)還原性氣體LPG更敏感，響應(yīng)曲線接近方波，但工作溫度較高，在400℃左右。對(duì)適于非加電場(chǎng)合使用的WO3基光學(xué)型傳感器薄膜材料的研究是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上給出了基于WO3薄膜光學(xué)型傳感器的氣敏光學(xué)機(jī)理，而該機(jī)理分析方法適用于其它 n型半導(dǎo)體