金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料,因其結(jié)構(gòu)形態(tài)多樣化、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn),成為氣體傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而,半導(dǎo)體氣體傳感器存在工作溫度高、能耗高以及檢測限低的缺點(diǎn)。大量研究發(fā)現(xiàn),使用復(fù)合金屬氧化物可以有效的提高傳感器的選擇性及其他性能參數(shù)。兩種不同的材料之間形成的異質(zhì)結(jié)能夠引起電荷轉(zhuǎn)移以及材料表面耗盡層、勢壘的形成,增強(qiáng)了傳感器的氣敏響應(yīng)。但現(xiàn)在關(guān)于金屬氧化物異質(zhì)結(jié)傳感器的研究大多數(shù)是實(shí)驗(yàn)性的,對異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)氣敏響應(yīng)的機(jī)理也是眾說紛紜,這主要是由于敏感材料的種類多導(dǎo)致的。因此,明確異質(zhì)結(jié)氣敏增強(qiáng)機(jī)理的意義重大。一旦明確了異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)氣敏性能的機(jī)理,我們就可以有針對性的設(shè)計(jì)敏感材料,達(dá)到節(jié)省時間和成本的目的。針對上述問題,本論文的基本思路是設(shè)計(jì)并構(gòu)筑大比表面積的納米結(jié)構(gòu),通過負(fù)載貴金屬或合成多元金屬氧化物材料,進(jìn)一步提高純相金屬氧化物半導(dǎo)體材料的氣敏性能。利用貴金屬的催化溢流效應(yīng)、電子耗盡層模型、空穴聚集模型以及肖特基勢壘來解釋氣敏機(jī)理。論文主要研究結(jié)果如下:（1）通過引入Au/In₂O₃（M/S）結(jié),揭示了貴金屬的催化溢流效應(yīng)在半導(dǎo)體氣體傳感器改性方... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

氣體傳感器的分類

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文11圖2.1旁熱式氣體傳感器(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)實(shí)物圖本論文中還采用了另一種氣體傳感器，將樣品直接生長在Ti/Au叉指電極上，這種方法保留了樣品結(jié)構(gòu)的完整性。該氣體傳感器的氣敏性能是通過自組裝的系統(tǒng)進(jìn)行測試，將Keithley2231、2401以及測試室經(jīng)過電路連接組合在一起，調(diào)節(jié)測試室中陶瓷加熱片兩端的電壓來控制溫度，其余的測試均與WS-30A一致。該系統(tǒng)測試單一，一次只能進(jìn)行一個樣品的測試。2.3.2氣敏測試的主要特性參數(shù)靈敏度是衡量待測氣體敏感程度的一個重要指標(biāo)，是評價(jià)氣體傳感器性能高低的重要參數(shù)。根據(jù)測量類型的不同，靈敏度的定義也是有區(qū)別的。對于電阻型金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器而言，當(dāng)材料暴露于還原性氣體中，若氣敏材料為n型半導(dǎo)體，靈敏度是材料在空氣中的電阻值(Ra)與待測氣體中的電阻值(Rg)之比，即Ra/Rg。而對于P型材料的靈敏度則正好相反，為Rg/Ra。通常，靈敏度的比值一定要大于1，才能證明該傳感器對待測氣體有響應(yīng)。最佳工作溫度是指在一定溫度下，傳感器對被測氣體的響應(yīng)值達(dá)到最大值。目前，研究者們正致力于降低傳感器的工作溫度，有助于減少功耗、延長傳感器壽命以及提高使用安全性。選擇性是衡量氣體傳感器性能高低的另一個重要參數(shù)。當(dāng)一個氣體傳感器被置于有多種干擾氣體的環(huán)境中，若該氣體傳感器對目標(biāo)氣體反應(yīng)明顯，有較高的響應(yīng)，而對其他干擾氣體有較小的反應(yīng)或是沒有反應(yīng)，那么可以認(rèn)為該氣體傳感器對于目標(biāo)氣體的選擇性較好，具有較強(qiáng)的識別選擇的能力。重復(fù)性對于衡量氣體傳感器性能的高低也十分重要。測量氣體傳感器的重復(fù)性時，需要盡量保持實(shí)驗(yàn)條件的一致性，即相同的環(huán)境、測試人員、儀器以及程序等。在較短時間間隔內(nèi)完成5-6組重復(fù)且連續(xù)的測試過程，若最終所?

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文14將0.1g已制得的In2O3微球均勻的分散在150ml的去離子水中，加入不同體積的0.1MHAuCl4溶液(0.3、0.6、1.0和1.5ml)和0.01M賴氨酸溶液(0.6、1.2、2.4和3ml)。將懸浮液攪拌20分鐘后，加入新配置的NaBH4溶液，將HAuCl4還原成Au納米顆粒。繼續(xù)攪拌1h后，離心得到深紫色沉淀，用去離子水和乙醇清洗幾遍。將制得的樣品在空氣氛圍下煅燒3h(煅燒溫度控制在300oC)，得到Au/In2O3復(fù)合微球材料。依據(jù)Au負(fù)載量的不同可將Au/In2O3混合物命名為Au/In2O3-x，其中x分別為1，2，3和4。3.3樣品形貌結(jié)構(gòu)表征利用SEM對In2S3前驅(qū)體、In2O3微球以及Au/In2O3復(fù)合微球材料進(jìn)行了形貌表征。如圖3.1a-b所示，In2S3前驅(qū)體是平均直徑為800nm的層狀微球結(jié)構(gòu)，且微球是由光滑納米薄片組裝而成的。在圖3.1c-d中，經(jīng)過煅燒得到的In2O3材料仍較好地保留了In2S3的三維微球結(jié)構(gòu)，但納米薄片上有大量的顆粒狀物質(zhì)。而Au/In2O3混合微球的SEM圖(圖3.1e-f)則顯示該材料仍然具有多孔結(jié)構(gòu)，這有利于傳感實(shí)驗(yàn)中氣體的擴(kuò)散。圖3.1(a,b)In2S3，(c,d)In2O3和(e,f)Au/In2O3-3微球的SEM圖像XRD測試可表征每一步實(shí)驗(yàn)所得到產(chǎn)品的物相結(jié)構(gòu)變化。如圖3.2所示，水熱合成的樣品衍射峰與In2S3標(biāo)準(zhǔn)卡(JCPDS25-0390)完全吻合，這說明水熱合成的產(chǎn)品為In2S3。經(jīng)熱處理后，在In2O3(JCPDS06-0416)中沒有發(fā)現(xiàn)與In2S3等雜質(zhì)有關(guān)的衍射現(xiàn)象，表明產(chǎn)物已從In2S3完全轉(zhuǎn)變?yōu)镮n2O3。從Au/In2O3的衍射峰中可以看到，Au在(111)處會產(chǎn)生輕微的衍射，并且Au(111)的強(qiáng)度隨著Au含量的增加而


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