半导体氧敏元件工艺与特性研究

摘要

本文在研究了n型掺杂SrTiO3氧敏材料敏感及导电机理的基础上，着重对SrTiO3材料进行了La和Nb复合掺杂研究。通过实验设计得出了n型掺杂的最佳配方。分别以固相合成法和溶胶-凝胶法制备了n型掺杂SrTiO3氧敏元件，比较分析了固相合成法和溶胶-凝胶法的优缺点；对所得的样品进行稳定性实验研究，考察了热处理对元件性能的影响；对部分样品进行了贵金属Pt的表面修饰，考察了贵金属催化对SrTiO3氧敏材料响应速率的影响；此外，利用溶胶凝胶法考察了样品在中低温(400℃)下的敏感特性，并得到了最优掺杂配方时比较理想的灵敏度。
　　 利用X光衍射(XRD)和扫描电子显微分析(SEM)等现代分析手段对所制备的样品进行了表征。XRD图谱显示，固相合成法和溶胶-凝胶法制备的前驱粉体均形成了良好的钙钛矿结构；SEM图片显示，固相合成法所制备的样品表面呈多孔状，有利于气体分子的吸附，且材料的晶粒尺寸均匀，而溶胶—凝胶法制备的样品晶粒尺寸较大，且气孔少，团聚较为严重；SEM背散射电子图像表明，Pt均匀的分布于样品表面，且粒度均匀。

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2氧气传感器分类

§1.2.1浓差电池型氧传感器

§1.2.2氧化物半导体型氧传感器

§1.2.3极限电流型氧传感器

§1.3氧气传感器应用领域

§1.3.1氧气传感器与汽车空燃比控制系统

§1.3.2氧气传感器与锅炉控制系统

§1.4氧敏传感器研究现状和发展趋势

§1.5 SrTiO3氧气传感器

第二章SrTiO3氧气传感器的敏感机理及其性能指标

§2.1半导体气敏元件工作机理

§2.1.1原子价控制模型

§2.1.2表面电荷层模型

§2.1.3晶粒间界势垒模型

§2.1.4吸附氧理论

§2.2钙钛矿材料的结构特性

§2.2.1钙钛矿材料的结构

§2.2.2钙钛矿型氧化物的缺陷化学

§2.3 SrTiO3敏感机理分析

§2.3.1纯净SrTiO3敏感机理

§2.3.2掺杂SrTiO3敏感机理

§2.4氧气传感器的特性参数

§2.4.1电阻—温度特性

§2.4.2灵敏度

§2.4.3响应速率特性

第三章SrTiO3粉体的制备研究与实验方案

§3.1高温固相合成法

§3.1.1高温固相合成法反应原理

§3.1.2高温固相合成法工艺流程

§3.2溶胶—凝胶法

§3.2.1溶胶—凝胶法反应原理

§3.2.2溶胶—凝胶法工艺流程

§3.3实验方案

第四章SrTiO3厚膜氧气传感器的制备和表征

§4.1 SrTiO3厚膜氧气传感器制作工艺

§4.2 SrTiO3材料的测试与表征

§4.2.1 XRD的物相分析

§4.2.2 SEM测试结果及分析

第五章元件性能测试及数据分析

§5.1测试系统介绍

§5.2测试数据及分析

§5.2.1固相合成方法制备元件性能分析

§5.2.2溶胶—凝胶方法制备元件性能分析

第六章结论

致谢

参考文献

作者在读期间研究成果