论文摘要
SnO2是目前应用最广泛的一种气敏材料,可以用来检测各种易燃、易爆及危险气体。本文从理论和实验两方面对其进行了研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理对SnO2的体相结构、氧空位、Pd掺杂以及在SnO2（110）面吸附CO后的电子能带结构进行了分析。计算结果表明,SnO2属于直接带隙半导体,Sn、O原子间存在一定的共价作用;随着SnO2中氧空位和Pd掺杂浓度的增加,导带宽度逐渐增大,带隙宽度逐渐减小,光学吸收带出现蓝移;通过对CO吸附在SnO2的化学计量和还原性这两类不同（110）面的9种构型进行计算,分别得到了两类表面吸附的稳定结构;进一步分析表明:表面吸附CO后的SnO2材料电导率比吸附前的要大,其中SnO2化学计量（110）面吸附CO后的结构更为稳定,在建立的所有吸附模型中以CO横向吸附在化学计量（110）面的Sn（5）和O（2）原子之间时的结构最稳定。采用磁控溅射法,通过调整衬底温度、溅射气压和氩氧比等参数制备出了不同微结构和成分的SnO2薄膜,研究结果表明:衬底温度越高,薄膜的结晶程度越好;气压越低,越易形成非晶薄膜;沉积SnO2薄膜的最佳氩氧比为4:1。利用XRD和TEM对不同温度退火后的SnO2薄膜样品进行分析,研究发现样品在300℃退火时开始晶化,晶粒尺寸为8 nm,薄膜晶化程度和晶粒尺寸随着退火温度的升高而增大,到600℃时,晶化完全,晶粒尺寸为24 nm。将样品在500℃经不同时间退火后发现,随着退火时间增加,薄膜的晶化程度和晶粒尺寸也有所增加。根据SnO2材料的工作条件,分别设计出满足气敏特性测试的单传感器和多传感器结构。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景1.2 纳米材料简介1.2.1 纳米材料的分类1.2.2 纳米材料的特殊性能1.2.3 纳米材料的研究内容1.3 纳米薄膜介绍1.3.1 纳米薄膜的分类1.3.2 纳米薄膜的制备方法1.3.3 磁控溅射法的基本原理及其特点2 气敏材料介绍'>1.4 SnO2气敏材料介绍2 气敏材料的特点'>1.4.1 SnO2气敏材料的特点2 材料的气敏机理'>1.4.2 SnO2材料的气敏机理2 气敏传感器的应用及展望'>1.4.3 SnO2气敏传感器的应用及展望1.5 材料设计概述1.5.1 材料设计发展概况1.5.2 材料设计中的计算机模拟1.6 本文的选题意义及研究内容2材料的第一性原理研究'>第2章 SnO2材料的第一性原理研究2.1 相关理论介绍2.1.1 密度泛函理论2.1.2 局域密度近似（LDA）2.1.3 广义梯度近似（GGA）2.1.4 赝势方法2 体相结构的模拟计算'>2.2 SnO2体相结构的模拟计算2 中含不同浓度氧空位的第一性原理研究'>2.3 SnO2中含不同浓度氧空位的第一性原理研究2.3.1 计算方法及模型2.3.2 计算结果与分析2 掺杂贵金属Pd 的第一性原理研究'>2.4 SnO2 掺杂贵金属Pd 的第一性原理研究2.4.1 计算方法及模型2.4.2 计算结果与分析2（110）面的第一性原理研究'>2.5 CO 吸附在SnO2（110）面的第一性原理研究2（110）面模型的建立'>2.5.1 SnO2（110）面模型的建立2.5.2 吸附模型的建立2.5.3 计算结果与分析2.6 本章小节2薄膜的制备及结构分析'>第3章 SnO2薄膜的制备及结构分析3.1 实验材料3.2 主要实验设备3.3 主要分析测试仪器3.3.1 X 射线衍射分析3.3.2 电子显微分析3.4 其他实验设备3.5 实验过程3.5.1 基片清洗3.5.2 薄膜制备3.5.3 薄膜的退火处理3.6 薄膜成分的分析3.6.1 EDS 测定薄膜成分3.6.2 不同氧氩比下得沉积速率实验及成分分析3.7 薄膜结构的分析3.7.1 溅射气压的影响3.7.2 不同衬底温度下的薄膜结构分析3.7.3 不同退火温度下的薄膜结构分析3.7.4 不同退火时间下的薄膜结构分析2 薄膜的TEM 分析'>3.8 SnO2 薄膜的TEM 分析3.9 本章小结2气敏传感器的结构设计'>第4章 微结构SnO2气敏传感器的结构设计4.1 引言4.1.1 气敏传感器的概念4.1.2 气敏传感器的分类4.1.3 半导体气敏传感器的工作原理2 气敏传感器介绍'>4.1.4 SnO2气敏传感器介绍2 气敏传感器的设计思路'>4.2 微结构SnO2气敏传感器的设计思路4.2.1 微结构气敏传感器的热设计2 气敏传感器的结构设计'>4.2.2 微结构SnO2气敏传感器的结构设计4.2.3 微结构气敏传感器的工艺设计过程4.3 结构设计中的相关工艺4.3.1 制备绝缘层4.3.2 光刻过程4.3.3 各向异性腐蚀4.4 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果致谢作者简介
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