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《昆明理工大学》 2010年
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金属颗粒膜/多孔硅气体传感器的研究

杨亚娣  
【摘要】:人类处于高度信息化时代,如何快速的获得信息处理信息已经成为人们的迫切要求,作为信息获取来源的传感器,已经在现代高度信息社会的科学技术发展中占据越来越重要的位置。 多孔硅(porous silicon)具有巨大的比表面积,又与IC工艺相容,检测方法比较简单,容易制作成实用的传感器,符合传感器价格低廉,实用方便的要求,这些优点使得多孔硅成为传感器的理想敏感材料,将多孔硅用于传感器逐渐成为人们关注的热点问题。 本文通过单槽电化学腐蚀法生长多孔硅,采用化学沉积法制备金属/多孔硅复合气敏薄膜,进而制备了电阻式气体传感器。采用扫描电镜(SEM)等方法对多孔硅表面形貌进行表征,分析了硅片类型、腐蚀电流密度对多孔硅表面形貌、孔层厚度、孔径大小的影响。简单的讨论了多孔硅的形成机理。实验发现N型的多孔硅孔径较大,都为微米级的,p型的为纳米级,n型的多孔硅其粗糙的表面更容易沉积金属离子,吸附气体分子。 实验分别制作了铜/多孔硅、银/多孔硅、锌/多孔硅的电阻型多孔硅气敏元件进行了气敏性能测试,测试发现,铜/多孔硅元件对甲醛、氨气、乙醇三种气体都敏感,灵敏度较好,但选择性很差。银/多孔硅元件对甲醛响应很灵敏,在5000 ppm时,灵敏度达11.5,同时,银/多孔硅元件对其它两种气体都有不敏感,说明其具有良好的选择性。比起前面两种敏感元件,锌/多孔硅敏感性较差,对甲醛和乙醇不敏感,对氨水有一定的敏感性,在5000 ppm以内,其灵敏度最高只有2.04,性能较差。同时发现,沉积金属后的敏感元件,其稳定性都较好。 金属/多孔硅表面吸附特定的气体分子后,其表面的电子浓度发生改变,从而引起了电阻的变化。本文探讨了吸附机理,及沉积纳米金属颗粒对气敏性能的影响。得出了金属/PS气敏元件发生的电阻的降低是由于表面敏感材料的物理吸附和化学吸附使其表面敏感层电阻发生变化引起的,且在金属纳米薄膜的催化作用下发生的化学吸附起主导作用,不同金属的纳米颗粒催化性能不同,导致了其气体敏感性能的不同。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP212.2

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