ZnO/NiO异质结构薄膜乙醇传感器设计与性能研究

摘要

为了能精确的去检测乙醇气体，我们需要用到性能很高的气敏器件。随着材料科学的不断进步，金属氧化物的发展也发生了巨大的变化，它是当前电子科学界具有非常重要的研究价值的敏感材料，其中ZnO由电化学稳定、无毒而且价格低廉而成为了金属半导体氧化物气体传感器很有前景的一种敏感材料，但是由于其自身的气敏特性很低，实验中我们通常需要对其进行相应的的掺杂或者复合来提高期气敏特性。本文通过查阅相关大量资料发现，NiO这种金属氧化物是一种宽禁带(4.2eV)P型半导体，与ZnO之间晶格失配低，空穴流动性能高，可以同ZnO形成P-N型异质结。本文正是基于该结构，运用溶胶凝胶法制备出了ZnO/NiO异质结构薄膜，并通过与ZnO-NiO复合结构的测试对比，对其进行了相应的乙醇气敏特性的研究。结果表明:
　　ZnO/NiO异质结构样品灵敏度最大可达43.2，ZnO-NiO复合结构灵敏度最大值只有27，虽然复合结构在适应温度方面较异质结构高一点，但是灵敏度过低。在工作温度为300℃，测试气体浓度范围为25-300ppm，对异质结构和复合结构的对乙醇、丙酮、氢气和甲烷四种气体进行选择性测试时，对于乙醇气体灵敏度异质结构为36.3，丙酮为23.4，氢气为19.7，甲烷为20.1，而复合结构对于四种气体的灵敏度分别为14.7，5.6，63和7.0，表明异质结构对于乙醇的选择性要好于复合结构。经过测试，异质结构的相应和恢复时间要明显短于复合结构的响应和恢复时间，为11s和14s。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 气敏传感器

1．2．1 气敏传感器概述

1．2．2 金属半导体氧化物气敏传感器概述

1．3 乙醇气敏传感器国内外研究进展

1．3．1 乙醇传感器的国外研究进展

1．3．2 乙醇传感器的国内研究进展

1．4 论文研究的主要内容

1．5 本章小结

第2章 结构的制备及表征

2．1 溶胶凝胶法

2．2 实验药品及实验仪器

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器

2．3 异质结构的制备

2．3．1 ZnO的制备

2．3．2 ZnO的XRD表征

2．3．3 NiO的制备

2．3．4 NiO的XRD表征

2．3．5 ZnO／NiO异质结构的制备

2．4 ZnO／NiO异质结构的表征

2．4．1 X射线衍射分析(XRD)

2．4．2 扫描电子显微镜分析(SEM)

2．5 ZnO-NiO复合结构的制备及表征

2．5．1 ZnO-NiO复合结构的制备

2．5．2 复合结构的表征

2．6 本章小结

第3章 异质结气敏机理分析与气敏元件制作

3．1 异质结气敏机理

3．1．1 异质结

3．1．2 ZnO／NiO异质结气敏机理

3．2 气敏元件设计与制作

3．2．1 气敏元件的结构

3．2．2 叉指电极的设计

3．2．3 气敏元件的制作工艺流程

3．4 本章小结

第4章 气敏性能测试

4．1 气敏测试系统

4．2 气敏元件主要测试参数

4．2．1 灵敏度

4．2．2 选择性

4．2．3 工作温度

4．2．4 响应和恢复时间

4．2．5 稳定性

4．3 敏感元件气敏性能测试

4．3．1 不同烧结温度对气敏性能的影响

4．3．2 工作温度的测试

4．3．3 选择性测试

4．3．4 响应与恢复时间的测试

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

声明