薄膜型气体传感器的研究与制备

论文摘要

气敏传感器作为新型敏感元件传感器,今年来有了很大的发展。薄膜型气敏材料以其独特的微观结构和物理、化学性能,优良的表面特性主导了气敏技术的发展方向,对薄膜型气敏材料的掺杂成为当今研究的热点。本文利用直流磁控反应溅射法分别制备了具有较低工作温度（220℃）的ZnO薄膜以及掺杂金属氧化物的ZnO薄膜气敏传感器。ZnO薄膜对丙酮有很好的选择性（能抵抗其他常见有机蒸汽的干扰）和很高的灵敏度。通过XRD技术分析退火对薄膜结构的影响,利用红外光谱技术分析了ZnO丙酮敏感薄膜与丙酮气体反应前后的气体成分。TiO2掺杂的ZnO薄膜对乙醇呈现很高的灵敏度,且灵敏度与掺杂时间有关,并用XRD技术分析了掺杂前后薄膜结构变化。实验发现掺杂可以阻止晶粒长大。用镧的氧化物掺杂的ZnO薄膜对多种有机气体敏感,可作广谱性的传感器。同时溅射制备了ZnO掺杂的SnO2薄膜气敏元件,此元件对丙酮和乙醇都有很高的灵敏度。本文分析了气敏元件的失效性及失效原因,元件失效分为初始电阻值的漂移和灵敏度的漂移,其失效性与多种因素有关,包括气敏材料结构、工作温度和外界环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 气敏技术研究现状以及发展趋势
• 1-1-1 气敏传感器及其分类
• 1-1-2 国内、外气敏技术现状
• 1-1-3 气敏传感器的发展趋势
• §1-2 薄膜型气体传感器研究进展
• §1-3 本论文的主要研究内容
• 第二章 薄膜理论及制备方法
• §2-1 薄膜的性质
• §2-2 薄膜的结构与缺陷
• 2-2-1 薄膜的结构
• 2-2-2 薄膜的缺陷
• §2-3 薄膜的生长
• §2-4 常用薄膜淀积技术
• 2-4-1 物理汽相淀积
• 2-4-2 化学汽相淀积
• 2-4-3 热氧化法
• 2-4-4 电镀法
• 2-4-5 物理淀积
• §2-5 直流磁控反应溅射技术及其特点
• 第三章 ZnO 薄膜气敏元件的研制及其气敏特性研究
• §3-1 ZnO 薄膜结构及其气敏特性
• 3-1-1 ZnO 薄膜晶体结构
• 3-1-2 ZnO 薄膜的本征缺陷
• 3-1-3 ZnO 薄膜气敏特性
• §3-2 ZnO 薄膜的制备
• §3-3 工艺参数对薄膜质量的影响
• 3-3-1 溅射速率
• 3-3-2 氧氩比
• 3-3-3 本底真空度和送氩量
• 3-3-4 溅射功率
• 3-3-5 基片的清洁
• 3-3-6 退火温度
• §3-4 ZnO 薄膜丙酮气敏元件的制备及气敏特性研究
• 3-4-1 ZnO 薄膜气敏元件的制备
• 3-4-2 薄膜结构分析
• 3-4-3 气敏特性测试
• 3-4-4 掺杂前后薄膜丙酮气敏性对比
• 3-4-5 ZnO 薄膜的气敏机理
• 3-4-6 ZnO 薄膜对丙酮的敏感机理
• 第四章 掺杂对 ZnO 薄膜气敏特性的影响
• §4-1 金属氧化物掺杂对ZnO 薄膜气敏特性的影响
• 4-1-1 金属氧化物掺杂的作用机理
• 4-1-2 金属氧化物掺杂对气敏特性的影响
• §4-2 掺Ti02的ZnO薄膜气敏特性研究
• 4-2-1 薄膜结构分析
• 4-2-2 薄膜气敏特性分析
• 4-2-3 薄膜气敏机理讨论
• 2O₃的ZnO广谱型气敏薄膜研究'>§4-3 掺La₂O₃的ZnO广谱型气敏薄膜研究
• 2薄膜气敏特性研究'>第五章 掺杂的SnO₂薄膜气敏特性研究
• 2传感器的发展状况'>§5-1 掺杂金属氧化物的SnO₂传感器的发展状况
• 2薄膜气敏特性研究'>§5-2 掺杂ZnO的SnO₂薄膜气敏特性研究
• 5-2-1 气敏薄膜的制备
• 5-2-2 元件气敏测试及数据分析
• 第六章 气敏元件结构设计以及气敏性失效分析
• §6-1 气敏元件结构设计
• §6-2 气体元件失效分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果