SnO2薄膜气体传感器制备及其性能研究

论文摘要

SnO2是一种宽带隙n型半导体材料,室温下能隙宽度为3.67eV,有良好的化学稳定性、光学各向异性等特点。SnO2薄膜由于具有对可见光透光性好、紫外吸收系数大、电阻率低、化学性能稳定以及室温下抗酸碱能力强等优点,已被广泛地应用在太阳能电池、液晶显示、防静电涂层、电热材料、透明电极材料以及气敏材料等方面。SnO2作为一种广谱气敏材料,可以用来检测各种有毒、有害及各种可燃性气体,具有非常广阔的应用前景。本课题在综述了各种制备SnO2薄膜的工艺方法基础上,根据实验条件采用化学反应射频磁控溅射方法制备了二氧化锡薄膜,并对制得的薄膜利用原子力显微镜、X射线衍射等手段进行了表征,实验结果表明,SnO2薄膜晶体择优取向为（110）和（211）方向,SnO2薄膜为四方金红石结构。热处理工艺对薄膜的性能有很大的影响,分析在150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃空气中热处理,不同退火温度的影响,通过AFM的形貌观察发现薄膜的质量结晶良好,并且观测到晶粒尺寸随着衬底温度的升高而增大。同时发现该方法制作的薄膜方法沉积速度较快、工作气体压力较低,具有其独特的优越性。通过在NH3、CO、NO2、H2四种气体的气氛下薄膜电阻的测试,得到SnO2薄膜微气体传感器在不同气氛中的特性曲线,并给出敏感膜的灵敏度、温度特性、响应时间和恢复时间的测试结果。探讨和分析了SnO2薄膜气敏元件的敏感机理。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 气体传感器概述
• 1.1.1 气体传感器的分类和工作原理
• 1.1.2 气体传感器的应用
• 1.1.3 气体传感器的发展趋势
• 1.2 MEMS 气体传感器
• 2 气体传感器'>1.3 SnO₂气体传感器
• 2 的结构与性能'>1.3.1 SnO₂的结构与性能
• 2 传感器研究的进展及现状'>1.3.2 SnO₂传感器研究的进展及现状
• 2 传感器发展趋势'>1.3.3 SnO₂传感器发展趋势
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 气体传感器的工艺流程设计和模拟
• 2.1 气体传感器的结构
• 2.2 IntelliSuite 模拟
• 2.3 气体传感器的制备工艺流程
• 2.4 本章小结
• 2薄膜的制备'>第3章 SnO₂薄膜的制备
• 2 薄膜常用的制备方法'>3.1 SnO₂薄膜常用的制备方法
• 3.2 物理气相沉积法（PVD）
• 3.2.1 溅射法原理
• 3.2.2 磁控溅射技术
• 3.2.3 溅射薄膜的形成理论
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 磁控溅射系统
• 3.3.2 二氧化锡薄膜的制备
• 2 薄膜的表征'>3.4 SnO₂薄膜的表征
• 3.4.1 不同氧偏压所引起的颜色差异
• 3.4.2 薄膜的 XRD 分析
• 3.4.3 薄膜的 AFM 图像分析
• 3.5 本章小结
• 2气体传感器的敏感机理'>第4章 SnO₂气体传感器的敏感机理
• 4.1 半导体气体传感器的工作原理
• 2 的敏感机理'>4.2 SnO₂的敏感机理
• 2 表面的吸附原理'>4.2.1 SnO₂表面的吸附原理
• 2 传感器的微观结构和气敏机理'>4.2.2 SnO₂传感器的微观结构和气敏机理
• 4.3 本章小结
• 2气体传感器的特性测试'>第5章 SnO₂气体传感器的特性测试
• 5.1 测试系统
• 2 气体传感器的特性测试与分析'>5.2 SnO₂气体传感器的特性测试与分析
• 5.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文