可燃性气体传感器的制备及气敏特性研究

论文摘要

本文介绍了半导体气敏元件在国内外的发展状况，综述了金属氧化物半导体气敏元件的掺杂技术。列举了半导体气敏元件的掺杂以及掺杂对气敏元件灵敏度和选择性的影响作用。SnO2基薄膜是目前研究最广泛的一种气敏材料，通过不同物质的掺杂，优化气敏特性，使其满足实际的应用是一个发展的重点。本文利用直流磁控反应溅射法分别制备了掺杂TiO2的SnO2薄膜及掺杂Pt的SnO2薄膜，并研究了不同工艺参数（例如溅射电压，溅射电流，溅射时间，退火温度等）对薄膜质量以及气敏特性的影响。通过XRD等手段研究了各薄膜的结构与性质，并探讨了薄膜结构和性质对其气敏特性的影响，分析了掺杂Pt的SnO2薄膜对NH3气体的敏感机理。实验结果表明，掺杂TiO2的SnO2薄膜对丙酮有表现出很好的灵敏性，在较高的工作温度下选择性也很好。掺杂Pt的SnO2薄膜对氨气有很好的响应，在700℃的温度下退火的样品对氨气的灵敏度最高，选择性好，反应时间的恢复时间也都比较理想。本文介绍了几种常见的气敏元件结构，讨论了其各自的优缺点。分析了气敏元件的失效性及失效原因，元件失效分为初始电阻值的漂移和灵敏度的漂移，其失效性与多种因素有关，包括气敏材料结构、工作温度和外界环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 气敏技术发展现状以及前景
• 1-1-1 国外气敏技术发展现状和前景
• 1-1-2 国内气敏技术研究现状与差距
• 1-1-3 国内市场需求与展望
• 1-2 金属氧化物薄膜型气敏传感器研究进展
• 2 薄膜气敏特性及其研究进展'>1-2-1 SnO₂薄膜气敏特性及其研究进展
• 1-2-2 ZnO 薄膜气敏特性及其研究进展
• 2 薄膜气敏特性及其研究进展'>1-2-3 TiO₂薄膜气敏特性及其研究进展
• 1-3 本论文的主要研究内容
• 第二章 薄膜理论及制备方法
• 2-1 薄膜的性质
• 2-2 薄膜的结构与缺陷
• 2-2-1 薄膜的结构
• 2-2-2 薄膜的缺陷
• 2-3 薄膜的生长
• 2-4 常用薄膜淀积技术
• 2-4-1 物理汽相淀积
• 2-4-2 化学汽相淀积
• 2-4-3 热氧化法
• 2-4-4 电镀法
• 2-4-5 物理淀积
• 2-5 直流磁控反应溅射技术及其特点
• 第三章 气敏特性测试系统
• 2的SiO₂ 薄膜气敏元件的制备'>第四章 掺杂TiO₂的SiO₂薄膜气敏元件的制备
• 2的SiO₂ 薄膜的制备'>4-1 掺杂TiO₂的SiO₂薄膜的制备
• 4-2 溅射工艺对薄膜质量的影响
• 4-2-1 溅射总气压对薄膜质量的影响
• 2/Ar 对SiO₂ 薄膜质量的影响'>4-2-2 O₂/Ar 对SiO₂薄膜质量的影响
• 4-2-3 溅射靶电压对薄膜质量的影响
• 2 薄膜的影响'>4-2-4 靶与基板之间距离对SiO₂薄膜的影响
• 2 薄膜的影响'>4-2-5 退火温度对SiO₂薄膜的影响
• 2的SiO₂ 薄膜的气敏测试结果'>4-3 掺杂TiO₂的SiO₂薄膜的气敏测试结果
• 4-3-1 不同的掺杂时间下的灵敏度
• 4-3-2 不同的加热电压对灵敏度的影响
• 4-3-3 对不同气体的选择性测试
• 4-3-4 不同气体浓度下对丙酮的灵敏度
• 第五章 高选择性NH3 气体敏感薄膜的制备
• 5-1 气敏薄膜的制备
• 5-2 薄膜结构分析
• 5-3 气敏特性分析
• 5-3-1 测试不同退火温度下对不同气体的灵敏度
• 5-3-2 不同加热电压下对氨气的灵敏度、响应恢复时间
• 5-3-3 选择性测试
• 5-3-4 不同浓度下氨气的灵敏度
• 5-4 气敏机理讨论
• 第六章 气敏元件结构设计及气敏性失效分析
• 6-1 半导体气敏元件的分类及模型
• 6-2 气敏元件的结构特点
• 6-3 气敏元件失效分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果