HSGFET型O传感器敏感特性及其测试系统的研究

摘要

近年来臭氧在人类的生活和生产中日益发挥重要的作用，人们对臭氧危害的认识也日益提高，对臭氧(尤其是ppb范围的低浓度臭氧)的监测和控制已被提到日程上来。通过研究发现，利用悬浮栅结构和功函数变化的方法研制的HSGFET型臭氧传感器能够实现对低浓度臭氧的测量。此方法具有小型化、固态化、功耗低、灵敏度高和响应速度快的特点，同时能够在室温下工作，为低浓度臭氧的测控提供了重要途径。 本文系统分析了臭氧在敏感膜表面的单分子层与多分子层吸附模型，介绍了吸附曲线与脱附曲线分离的现象，阐述了敏感膜功函数的变化机理和传感器响应原理；从臭氧的产生、温控电路、测试电路和标定等环节完善了测试系统：制作并测量了多种HSGFET型高灵敏度臭氧传感器对臭氧的响应特性，比较了不同MOS转换器和不同敏感膜的灵敏度，对比了吸附与脱附过程传感器的响应，并且测量了温度对传感器特性的影响；最后本论文在前述理论模型的基础上对实验结果进行了计算机模拟。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

第一节臭氧的性质及臭氧传感器

1.1.1臭氧的性质与应用前景

1.1.2臭氧传感器的研究现状

第二节本文的主要研究内容

1.2.1理论分析

1.2.2实验工作

第二章理论模型与响应机理

第一节敏感材料

2.1.1敏感材料的结构及性质

第二节固体表面的吸附脱附理论

2.2.1物理吸附和化学吸附

2.2.2影响气固界面吸附的因素

2.2.3吸附等温线

2.2.4脱附曲线

第三节传感器的工作原理与响应机理

2.3.1功函数及其敏感原理

2.3.2传感器特性与响应机理

第三章实验

第一节仪器与设备

第二节测量系统

3.2.1臭氧的产生与标定

3.2.2温度的测控与显示

3.2.3传感器测试电路

第三节传感器的结构与制作

3.3.1片状悬浮栅结构

3.3.2白金网状悬浮栅结构

3.3.3用碳糊成膜的方法制作悬浮栅

3.3.4使用添加剂

第四章测量结果与分析

第一节悬浮栅结构对传感器响应特性的影响

第二节不同悬浮栅制作工艺对传感器性能的影响

第三节不同材料传感器特性的测量

4.3.1 KI敏感膜的O3传感器

4.3.2 ZnO敏感膜的O3传感器

4.3.3 CuPc敏感膜的O3传感器

4.3.4三种材料敏感特性的比较

第四节温度对传感器响应特性的影响

第五章模拟分析

第一节模拟结果与分析

5.1.1模拟算法

5.1.2BET多层吸附理论的模拟

5.1.3温度对敏感特性影响的模拟与分析

第六章结论与深入研究的讨论

第一节脱附过程的速度

第二节敏感材料的选择

第三节传感器工作环境的处理

第四节迟滞现象的产生

第五节敏感理论的深入探讨

第六节理论模型的深入模拟

参考文献

致谢

个人简历