金屬氧化物半導體納米材料,因其結構形態(tài)多樣化、化學性質穩(wěn)定等特點,成為氣體傳感器領域的研究熱點。然而,半導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。大量研究發(fā)現(xiàn),使用復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結能夠引起電荷轉移以及材料表面耗盡層、勢壘的形成,增強了傳感器的氣敏響應。但現(xiàn)在關于金屬氧化物異質結傳感器的研究大多數(shù)是實驗性的,對異質結增強氣敏響應的機理也是眾說紛紜,這主要是由于敏感材料的種類多導致的。因此,明確異質結氣敏增強機理的意義重大。一旦明確了異質結增強氣敏性能的機理,我們就可以有針對性的設計敏感材料,達到節(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計并構筑大比表面積的納米結構,通過負載貴金屬或合成多元金屬氧化物材料,進一步提高純相金屬氧化物半導體材料的氣敏性能。利用貴金屬的催化溢流效應、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理。論文主要研究結果如下:（1）通過引入Au/In₂O₃（M/S）結,揭示了貴金屬的催化溢流效應在半導體氣體傳感器改性方... 

【文章來源】：青島大學山東省

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氣體傳感器的分類

青島大學碩士學位論文11圖2.1旁熱式氣體傳感器(a)結構示意圖；(b)實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構的完整性。該氣體傳感器的氣敏性能是通過自組裝的系統(tǒng)進行測試，將Keithley2231、2401以及測試室經(jīng)過電路連接組合在一起，調節(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，是評價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體傳感器而言，當材料暴露于還原性氣體中，若氣敏材料為n型半導體，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。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值達到最大值。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氣體反應明顯，有較高的響應，而對其他干擾氣體有較小的反應或是沒有反應，那么可以認為該氣體傳感器對于目標氣體的選擇性較好，具有較強的識別選擇的能力。重復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性時，需要盡量保持實驗條件的一致性，即相同的環(huán)境、測試人員、儀器以及程序等。在較短時間間隔內完成5-6組重復且連續(xù)的測試過程，若最終所?

青島大學碩士學位論文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復合微球材料。依據(jù)Au負載量的不同可將Au/In2O3混合物命名為Au/In2O3-x，其中x分別為1，2，3和4。3.3樣品形貌結構表征利用SEM對In2S3前驅體、In2O3微球以及Au/In2O3復合微球材料進行了形貌表征。如圖3.1a-b所示，In2S3前驅體是平均直徑為800nm的層狀微球結構，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的三維微球結構，但納米薄片上有大量的顆粒狀物質。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構，這有利于傳感實驗中氣體的擴散。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驗所得到產品的物相結構變化。如圖3.2所示，水熱合成的樣品衍射峰與In2S3標準卡(JCPDS25-0390)完全吻合，這說明水熱合成的產品為In2S3。經(jīng)熱處理后，在In2O3(JCPDS06-0416)中沒有發(fā)現(xiàn)與In2S3等雜質有關的衍射現(xiàn)象，表明產物已從In2S3完全轉變?yōu)镮n2O3。從Au/In2O3的衍射峰中可以看到，Au在(111)處會產生輕微的衍射，并且Au(111)的強度隨著Au含量的增加而


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