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《湖南大学》 2015年
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基于金属氧化物半导体的微纳传感器制备及其性能研究

卓明  
【摘要】:随着新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。信息化时代飞速发展,人作为互联网的服务对象已经远远不能满足科技发展需求,物联网的发展成为必然趋势,即物物相连的互联网。要实现这一目标,物体和物体进行信息交换和通信则需要海量的不同类型传感器。传感器作为信息采集系统的首要部件,是一种检测装置,能感受到被测量信息,并按照一定规律变换成其他信号输出。传感器的研究与发展是实现现代化测量和自动控制的主要环节,在现代化生产,检测,控制系统等多个领域都有广泛应用。不同的工作背景与应用对象使得多种传感器的制备成为必然,根据检测对象、测试原理、敏感材料等传感器有多种分类。本文中利用n型半导体纳米材料作为敏感体,将被测非电信号转换成电信号,进行相应的湿度、气体、生物敏感性能研究,并根据表面吸附效应分析了相关的敏感机理,本论文主要阐述了以下四个研究结果:(1)基于SnO2:Sb纳米线的单根纳米线场效应晶体管制备及其湿敏性能研究。利用紫外线光刻,磁控溅射等微电子工艺制备了基于SnO2:Sb纳米线的单根纳米线场效应晶体管,研究了晶体管基本性能,在室温常压下,该器件表现出优良的晶体管性能。在室温下,当湿度从22%增加到40%,阈值电压负向移动,电流增大。在持续测试一个月之后表现出很好的重复性和稳定性。据我们所知,这是国际上首次将SnO2纳米线晶体管的转移特性曲线应用于湿敏传感。(2)基于Ni(SO4)0.3(OH)1.4纳米线的薄膜式湿敏传感器制备及其湿敏性能研究。为了探索工艺更简单的湿敏传感器元器件制备方法,将Ni(SO4)0.3(OH)1.4纳米线涂敷在叉式电极上,制备出薄膜式湿敏传感器。湿敏性能测试结果表明,该纳米线薄膜器件具有灵敏度高,稳定性好,响应速度快等优点,同时表现出很好的稳定性,重复性。和文献中所报道的湿度传感器相比,该湿度传感器具有更高的温度工作,在较高温度下(40,50,60,70,80,90℃)下依然保持稳定的湿敏性能,拓展了它的使用范围。(3)基于SnO2和SnO2:Sb纳米线的薄膜式气敏传感器制备及其气敏性能研究。由于气敏传感器通常需要在高温下进行测试,因此制备可以调整工作温度的旁热式气敏传感器并研究其气敏性能。主要对丙酮气体进行测试。在实验中发现,SnO2:Sb纳米线气敏传感器的灵敏度更高,而且响应时间和恢复时间都更短,两种气体传感器在一个月之后表现出良好的稳定性和重复性。SnO2纳米线本身具有较好的气敏性能,而Sb掺杂后的SnO2纳米线不仅可以提高SnO2纳米线的灵敏度,同时可以缩减响应时间,恢复时间。(4)基于ITO薄膜晶体管制备的生物传感器及其在无标记检测H5N1禽流感病毒的应用。在生物测试过程中,单根线晶体管的应用遇到了一系列问题。为更好地进行生物传感测试,在玻璃基底上制备ITO薄膜晶体管,并修饰抗体,对灭活的禽流感H5N1病毒进行测试。先将禽流感病毒H5N1的单克隆H5N1抗体通过(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷共价固定在ITO表面,当禽流感H5N1的病毒与H5N1抗体结合,ITO表面载流子特性发生变化。转移特性曲线的变化与所报道的n型场效应晶体管受到带负电荷的禽流感病毒H5N1的影响一致。通过对照试验以及多次试验说明基于ITO薄膜晶体管的生物传感器具有较高的特异性选择,低检测下限,好的稳定性、重复性。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP212;TN386

【参考文献】
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