硅納米線是一種典型的一維硅基結(jié)構(gòu)材料,利用金屬輔助化學(xué)刻蝕（MACE）技術(shù)形成的硅納米線具有高度定向性、高比表面積以及制備工藝與硅基半導(dǎo)體工藝高度兼容的特點(diǎn),特別是其室溫氣體敏感特性使其在低功耗集成式氣體傳感器領(lǐng)域極具發(fā)展與應(yīng)用前景。為了突破其室溫靈敏度低的性能限制,表面改性處理被證明是一種有效途徑。本論文以硅納米線有機(jī)改性改善氣體響應(yīng)性能為研究目標(biāo),通過(guò)可控制備有機(jī)導(dǎo)電聚吡咯在有序硅納米線表面的修飾/包覆復(fù)合結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了基于有機(jī)-無(wú)機(jī)異質(zhì)效應(yīng)的硅納米線基氣體傳感器氣敏性能的顯著提升,并通過(guò)建立相應(yīng)的理論模型闡明了有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改性結(jié)構(gòu)的氣敏機(jī)制。首先,發(fā)展了一種可以實(shí)現(xiàn)硅納米線陣列有效微結(jié)構(gòu)改性的雙重MACE（dual-MACE）工藝,即基于MACE過(guò)程的副產(chǎn)物Ag實(shí)現(xiàn)硅納米線陣列的二次MACE刻蝕,獲得了一種結(jié)構(gòu)稀疏、表面粗糙化的硅納米線陣列。該dual-MACE工藝明顯增大了硅納米線與氣體的接觸表面并同時(shí)創(chuàng)造了高密度非穩(wěn)表面態(tài),提高了硅納米線敏感元的氣體吸附性能;同時(shí),MACE二次刻蝕處理形成了稀疏化硅納米線陣列,低的納米線陣列密度利于進(jìn)一步的表面改性處理和氣體的內(nèi)部擴(kuò)散。其次,... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

MACE過(guò)程中Ag產(chǎn)生機(jī)制示意圖

第2章稀疏粗糙硅納米線陣列的制備與氣敏性能研究13圖2-2氣敏測(cè)試器件示意圖2.4微結(jié)構(gòu)改性的最佳參數(shù)探究對(duì)MACE制備的如圖2-3（a）所示的覆蓋有銀樹(shù)突的硅納米線進(jìn)行dual-MACE刻蝕，控制硝酸濃度為68%，并在室溫下進(jìn)行。圖2-3（b-d）為二次刻蝕時(shí)間分別為10min、20min、30min的硅納米線陣列的SEM圖。圖2-3不同二次刻蝕時(shí)間形成的硅納米線陣列的SEM圖像從圖2-3（a）可以看出，一步MACE形成的硅納米線陣列密度非常高，并且在范德瓦爾斯作用力下，納米線之間相互靠近形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，使得均勻的異質(zhì)復(fù)合改性困難。從圖2-3（b-d）可以看出，經(jīng)過(guò)二次刻蝕后的硅納米線頂端逐漸變尖，表面逐漸粗糙，隨著二次刻蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，硅納米線的陣列密度降低，納米線間的間隙逐漸增大。10min和20min的二次刻蝕并沒(méi)有明顯降低納米線長(zhǎng)度，但是經(jīng)過(guò)30min二次刻蝕的硅納米線長(zhǎng)度明顯降低，會(huì)顯著降低硅納米線表面的有效的氣體分子吸附位點(diǎn)數(shù)量，不利于材料氣敏性能提升�？涛g10min

第2章稀疏粗糙硅納米線陣列的制備與氣敏性能研究13圖2-2氣敏測(cè)試器件示意圖2.4微結(jié)構(gòu)改性的最佳參數(shù)探究對(duì)MACE制備的如圖2-3（a）所示的覆蓋有銀樹(shù)突的硅納米線進(jìn)行dual-MACE刻蝕，控制硝酸濃度為68%，并在室溫下進(jìn)行。圖2-3（b-d）為二次刻蝕時(shí)間分別為10min、20min、30min的硅納米線陣列的SEM圖。圖2-3不同二次刻蝕時(shí)間形成的硅納米線陣列的SEM圖像從圖2-3（a）可以看出，一步MACE形成的硅納米線陣列密度非常高，并且在范德瓦爾斯作用力下，納米線之間相互靠近形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，使得均勻的異質(zhì)復(fù)合改性困難。從圖2-3（b-d）可以看出，經(jīng)過(guò)二次刻蝕后的硅納米線頂端逐漸變尖，表面逐漸粗糙，隨著二次刻蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，硅納米線的陣列密度降低，納米線間的間隙逐漸增大。10min和20min的二次刻蝕并沒(méi)有明顯降低納米線長(zhǎng)度，但是經(jīng)過(guò)30min二次刻蝕的硅納米線長(zhǎng)度明顯降低，會(huì)顯著降低硅納米線表面的有效的氣體分子吸附位點(diǎn)數(shù)量，不利于材料氣敏性能提升�？涛g10min

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單晶硅各向異性濕法刻蝕的形貌控制[J]. 姚明秋,唐彬,蘇偉.  光學(xué)精密工程. 2016(02)
[2]呼出氣體中丙酮的檢測(cè)在1型糖尿病中的臨床應(yīng)用[J]. 臧寧,徐邦牢,翁瑜君.  實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志. 2015(12)
[3]硅納米線陣列電極作為細(xì)胞色素c傳感器的研究[J]. 楊坤,陳歡,趙文超,王建濤,王輝,張曉宏.  影像科學(xué)與光化學(xué). 2009(02)

博士論文
[1]金屬氧化物半導(dǎo)體復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其氣敏性能的研究[D]. 婁正.吉林大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3572803