γ-AlO基薄膜型气敏材料的制备及气敏性能研究

摘要

该课题组已经发明了Al<,2>O<,3>基陶瓷气敏传感器材料体系,本论文是在前面研究工作的基础上进行的Al<,2>O<,3>基薄膜型气敏传感器的研究.该论文采用溶胶—凝胶法:以廉价的无机盐AlCl<,3>.9H<,2>O,氨水为前驱物,水为溶剂,通过旋转涂覆工艺制备了Al<,2>O<,3>基的各种薄膜,包括纯γ-Al<,2>O<,3>、(SnO<,2>,Pd)γ-Al<,2>O<,3>、(In<,2>O<,3>,Pd)γ-Al<,2>O<,3>、(SnO<,2>,MgO,Pd)γ-Al<,2>O<,3>和(SnO<,2>,MgO,ZnO,Pd)γ-Al<,2>O<,3>薄膜;对AlOOH溶胶及掺入多种金属水合物的AlOOH溶胶制备过程中的一些主要影响因素:水解温度、沉淀的PH值,胶溶剂的用量、胶溶温度、及老化温度和老化时间进行了比较详细的研究,得出了制备稳定、清澈的AlOOH基水溶胶的较好的工艺技术条件.然后对旋转涂覆工艺得到的薄膜进行了分析表征:应用X射线粉末衍射仪(XRD)分析了制成的AlOOH干凝胶和γ-Al<,2>O<,3>粉体的物相结构;用X-射线光电子能谱仪(XPS)分析了γ-Al<,2>O<,3>、(SnO<,2>,Pd)γ-Al<,2>O<,3>、(In<,2>O<,3>,Pd)γ-Al<,2>O<,3>薄膜表面的组成成分;用原子力显微镜(AFM)对650℃烧结得到的γ-Al<,2>O<,3>薄膜、550℃、650℃、750℃三个不同烧结温度下得到的(SnO<,2>,Pd)γ-Al<,2>O<,3>薄膜、650℃、750℃不同烧结温度下得到的(In<,2>O<,3>,Pd)γ-Al<,2>O<,3>薄膜的表面形貌进行了观察;实验结果表明:所制备得的薄膜的组分符合化学计量比,薄膜表面平整,晶粒呈圆球形或椭圆球形、晶粒尺寸在50~150nm范围之内,整体上看,薄膜具有比较理想的孔隙率.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2气敏薄膜的研究现状

1.2.1主要的气敏薄膜制备技术

1.2.2主要的气敏薄膜材料及其研究进展

1.3影响薄膜型半导体气敏器件性能的因素及相应的改善方法

1.3.1晶粒尺寸对气敏性能的影响及相应的改善途径

1.3.2膜厚对气敏特性的影响

1.3.3通过掺杂提高半导体薄膜气敏器件的性能

1.3.4薄膜的制备工艺参数对气敏性能的影响

1.3.5多层薄膜气敏器件

1.4半导体金属氧化物薄膜型气敏传感器的结构

1.5薄膜型气敏材料的研究现状及存在的问题

1.6薄膜型气敏传感器未来的研究进展

1.7本论文研究的目的、意义、及主要内容

第二章实验研究的原理和方法

2.1薄膜型气敏材料的制备技术

2.1.1化学气相沉积法(简称CVD)法

2.1.2物理气相沉积法(简称PVD)法

2.1.3液相法

2.1.4本论文选择的制膜工艺

2.2薄膜型气敏材料的表征技术

2.3本论文中薄膜型气敏传感器的器件结构

2.4薄膜型气敏传感器的制备工艺流程

2.5气敏传感器的主要特性参数

2.6气敏传感器的测试原理

2.7本章小结

第三章γ-Al2O3基薄膜型气敏材料的制备工艺研究

3.1溶胶-凝胶法制备γ-Al2O3粉体的制备工艺研究

3.1.1配制AlOOH溶胶的工艺参数的研究

3.1.2AlOOH干凝胶及煅烧后粉体的XRD分析表征

3.2纯γ-Al2O3薄膜的分析与表征

3.2.1 γ-Al2O3薄膜的表面成分分析

3.2.2 γ-Al2O3薄膜的表面形貌分析

3.3掺SnO2和Pd的γ-Al2O3薄膜的制备工艺研究

3.3.1实验方案的设计

3.3.2配制掺Sn(OH)4的AlOOH溶胶的工艺参数的研究

3.3.3(SnO2,Pd)γ-Al2O3薄膜的分析与表征

3.4掺In2O3和Pd的γ-Al2O3薄膜的制备工艺研究

3.4.1配制掺In(OH)3的AlOOH溶胶的工艺参数的研究

3.4.2掺In2O3和Pd的γ-Al2O3薄膜的分析与表征

3.5其他薄膜的制备工艺研究

3.6本章小结

附图

第四章γ-Al2O3基薄膜型气敏传感器的基本气敏特性研究

4.1(Pd)γ-Al2O3气敏薄膜元件的气敏特性的研究

4.1.1对氢气气敏特性的研究

4.1.2对酒精气敏特性的研究

4.1.3对丙酮气敏特性的研究

4.1.4对甲烷气敏特性的研究

4.1.5相同浓度下元件对四种气体工作温度和灵敏度的关系

4.1.6同一工作温度下通入气体的体积和灵敏度的关系

4.1.7元件的稳定性：初始电阻随时间的变化关系

4.1.8小结

4.2(In2O3,Pd)γ-Al2O3薄膜元件的气敏特性的研究

4.2.1对H2气敏特性的研究

4.2.2对酒精气敏特性的研究

4.2.3对甲烷气敏特性的研究

4.2.4对丙酮气敏特性的研究

4.2.5相同浓度下元件对四种气体工作温度和灵敏度的关系

4.2.6同一工作温度下通入气体的体积和灵敏度的关系

4.2.7(In2O3,Pd)γ-Al2o3薄膜元件的稳定性：初始电阻随时间的变化关系

4.2.8小结

4.3(SnO2,Pd)γ-Al2O3气敏薄膜元件的气敏特性的研究

4.3.1对H2的气敏特性的研究

4.3.2对酒精气敏特性的研究

4.3.3对甲烷气敏特性的研究

4.3.4对丙酮气敏特性的研究

4.3.5相同浓度下元件对四种气体工作温度和灵敏度的关系

4.3.6同一工作温度下通入气体的体积和灵敏度的关系

4.3.7元件的稳定性：初始电阻随时间的变化关系

4.3.8小结

4.4(SnO2,MgO,Pd)γ-Al2O3薄膜的气敏特性的研究

4.4.1对H2的气敏特性的研究

4.4.2对酒精气敏特性的研究

4.4.3对甲烷的气敏特性的研究

4.4.4对丙酮气敏特性的研究

4.4.5相同浓度下元件对四种气体工作温度和灵敏度的关系

4.4.6同一工作温度下通入气体的体积和灵敏度的关系

4.4.7元件的稳定性：初始电阻随时间的变化关系

4.4.8小结

4.5(SnO2,MgO,ZnO,Pd)γ-Al2O3薄膜的气敏特性的研究

4.5.1对H2的气敏特性的研究

4.5.2对酒精气敏特性的研究

4.5.3对甲烷的气敏特性的研究

4.5.4对丙酮气敏特性的研究

4.5.5相同浓度下元件对四种气体工作温度和灵敏度的关系

4.5.6同一工作温度下通入气体的体积和灵敏度的关系

4.5.7元件的稳定性：初始电阻随时间的变化关系

4.5.8小结

4.6本章小结

第五章论文的主要结论与后续研究工作的建议

5.1论文的主要结论

5.2本论文的创新点

5.3进一步研究的建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢