基于定向碳纳米管阵列场效应晶体管的一氧化氮检测

论文摘要

本论文以水平定向单壁碳纳米管阵列场效应晶体管作为气体传感器器件,成功实现了对一氧化氮气体分子的高灵敏度,快速检测。以氯化铜(或氯化铁)为催化剂前躯体,甲烷为碳源,利用化学气相沉积方法在单晶石英基底上生长定向单壁碳纳米管阵列。在催化剂溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮进行分散,并在石英基底上制备成规则的条状图形,这样增加了催化剂的活性和提高了碳纳米管阵列的密度,平均密度为每微米5根。分别使用场发射扫描电子显微镜,原子力显微镜和拉曼光谱仪等对生长的定向单壁碳纳米管阵列样品进行表征。使用聚甲基丙烯酸甲酯溶液做薄膜载体,将定向单壁碳纳米管阵列转移到二氧化硅/硅基底上,再利用微加工工艺将转移好的样品制作成场效应晶体管器件,并对器件进行了电学性能测试,结果表明碳纳米管阵列为p型工作模式,碳纳米管阵列的迁移率比较低。研究了传感器对一氧化氮分子的响应范围和响应时间,并探讨了传感器的响应机理。实验结果表明,传感器很好的实现了对一氧化氮分子高灵敏度和快速的实时响应,一氧化氮气体的检测浓度可达2 ppb(十亿分之一)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 一氧化氮
• 1.1.1 物理和化学性质
• 1.1.2 生理功能
• 1.1.3 检测方法
• 1.2 碳纳米管
• 1.2.1 结构与性质
• 1.2.2 制备方法和生长机理
• 1.2.3 应用简介
• 1.2.4 水平定向碳纳米管阵列
• 1.3 基于碳纳米管的气体检测
• 第二章 定向单壁碳纳米管阵列的生长和表征
• 2.1 实验准备
• 2.1.1 试剂和仪器
• 2.1.2 单晶石英片基底处理
• 2.1.3 催化剂溶液制备
• 2.1.4 基底催化剂图形制备
• 2.2 定向单壁碳纳米管阵列生长和表征
• 2.2.1 生长过程
• 2.2.2 碳纳米管表征和分析
• 第三章 传感器器件制备
• 3.1 定向单壁碳纳米管阵列的转移
• 3.2 碳纳米管场效应晶体管
• 3.3 器件制作流程
• 第四章 测试结果和分析
• 4.1 测试系统
• 4.2 器件性能测试
• 4.3 一氧化氮分子检测
• 4.4 结果分析
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献