【摘要】：作為綠色能源,氫氣在未來的新能源領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。由于氫氣無色無味,且爆炸限度很寬,因此在使用過程中必須對(duì)氫氣濃度實(shí)現(xiàn)有效地監(jiān)測(cè)。濕度傳感器對(duì)日常生活和工業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。納米材料獨(dú)特的理化性質(zhì)可以極大地提高傳感器的性能,為新型傳感器的研制提供了更多的思路。SiNWs和ZnO納米線等材料不僅具有極大的比表面積,同時(shí)具有極高的表面活性,是敏感材料的理想選擇。本文針對(duì)Pd/SiNWs/p-Si肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)氫氣傳感器和ZnO納米線濕度傳感器的制備展開研究。本文主要工作如下：第一,制備了Pd/SiNWs/p-Si SBD結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了SEM、XRD及EDS表征。采用濕法化學(xué)刻蝕的方法,制備了線徑在40～80 nm的硅納米線。XRD結(jié)果表明硅納米線與襯底均為單晶結(jié)構(gòu)。SiNWs頂端的無電鍍Pd層厚度均勻,由許多Pd顆粒聚集在一起而形成的,呈多孔結(jié)構(gòu),是優(yōu)異的氣敏材料。第二,制備了Pd/SiNWs/p-Si SBD氫氣傳感器,通過I-V測(cè)試、I-t兩種測(cè)試方法對(duì)氫氣傳感器的性能進(jìn)行表征。研究了Pd層厚度和SiNWs的長(zhǎng)度對(duì)氫氣傳感器響應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)SiNWs的刻蝕時(shí)間為50 min,Pd無電鍍時(shí)間20 min條件下,傳感器具有最好的響應(yīng)。結(jié)果表明,所制備氫氣傳感器在常溫下有很好的性能,很有潛力發(fā)展成為室溫下工作的氫氣傳感器�；诨瘜W(xué)吸附模型,對(duì)Pd/SiNWs/p-SiSBD氫氣的化學(xué)特性敏感機(jī)理進(jìn)行了研究與探討。第三,通過對(duì)Pd/SiNWs/p-Si SB D的接觸特性研究,揭示了氫氣傳感器的敏感機(jī)制。首先在Chueng模型基礎(chǔ)上,通過數(shù)據(jù)擬合的方法,得到了SBD的電學(xué)特性參數(shù)。分析了理想因子、勢(shì)壘高度和串聯(lián)電阻等與溫度的關(guān)系。分析了氫氣的存在對(duì)SBD的電學(xué)特性參數(shù)的影響。第四,制備了ZnO納米陣列濕度傳感器。在MEMS技術(shù)加工的叉指電極上,通過溶膠凝膠法制備出了ZnO種子層,然后用化學(xué)水浴法制備出了ZnO納米線陣列,制備了新型濕度傳感器。測(cè)試結(jié)果表明所制備的濕度傳感器可以工作于電容或者電阻模式,兩者的響應(yīng)時(shí)間約為1-2s。對(duì)于電容式傳感器,電容響應(yīng)濕滯為3.9%,低濕條件下為78.24 pF/%RH,高濕條件下靈敏度為420 pF/%RH；對(duì)于電阻式傳感器,電阻響應(yīng)的濕滯為9.1%；高濕條件下靈敏度為0.29 kΩ%RH,低濕條件下為3.11 kΩ/%RH。
[Abstract]:As a green energy, hydrogen has an important application prospect in the new energy field in the future. Since hydrogen is colorless and odorless, and the explosion limit is very wide, it is necessary to monitor the hydrogen concentration effectively. Humidity sensor is of great significance to daily life and industrial production. The unique physical and chemical properties of nanomaterials can greatly improve the performance of sensors and provide more ideas for the development of new sensors. Materials such as SiNWs and ZnO nanowires not only have a great specific surface area, but also have extremely high surface activity. It is an ideal choice for sensitive materials. The fabrication of Pd/SiNWs/p-Si Schottky barrier diode (SBD) hydrogen sensor and ZnO nanowire humidity sensor is studied in this paper. The main work of this paper is as follows: firstly, Pd/SiNWs/p-Si SBD structure was prepared and characterized by SEM,XRD and EDS. Silicon nanowires with wire diameter of 40 ~ 80 nm have been prepared by wet chemical etching. The XRD results show that both silicon nanowires and substrates are single crystal structures. The Pd layer without electroplating on the top of SiNWs is homogeneous in thickness and is formed by the aggregation of many Pd particles. Porous structure, is an excellent gas sensing material. Secondly, the Pd/SiNWs/p-Si SBD hydrogen sensor was prepared. The performance of the hydrogen sensor was characterized by I-V test and I-T test. The effects of the thickness of Pd layer and the length of SiNWs on the response of hydrogen sensor were studied. It was found that the best response was obtained when the etching time of SiNWs was 50 min,Pd and the electroplating time was 20 min. The results show that the hydrogen sensor has good performance at room temperature and has the potential to be used as a hydrogen sensor at room temperature. Based on the chemisorption model, the mechanism of chemical property sensitivity of Pd/SiNWs/p-SiSBD hydrogen was studied and discussed. Thirdly, the sensitive mechanism of hydrogen sensor is revealed by studying the contact characteristics of Pd/SiNWs/p-Si SB D. Firstly, based on the Chueng model, the electrical characteristic parameters of SBD are obtained by the method of data fitting. The relationship between ideal factor, barrier height and series resistance is analyzed. The influence of the presence of hydrogen on the electrical properties of SBD was analyzed. Fourthly, ZnO nanoscale humidity sensor was fabricated. The seed layer of ZnO was prepared by sol-gel method on the interDigital electrode fabricated by MEMS technology, and then the ZnO nanowire array was prepared by chemical water bath method, and a new humidity sensor was fabricated. The results show that the humidity sensor can work in capacitive or resistive mode, and the response time is about 1-2s. For capacitive sensor, the hysteretic hysteresis of capacitance response is 3.9, and the sensitivity is 420 pF/%RH; under low humidity condition and 78.24 pF/%RH, high humidity condition. For resistive sensor, the humidity hysteresis of resistance response is 9.1; The sensitivity is 0.29 k 惟% RH, under high humidity condition and 3.11 k 惟 /% RH. under low humidity condition.
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TP212

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本文編號(hào)：2329930