本文關(guān)鍵詞：面向能耗低、恢復(fù)快的微納結(jié)構(gòu)傳感器的制備與特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：半導(dǎo)體電阻型氣敏傳感器是通過(guò)金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)吸附并離子化氧氣分子,通過(guò)氧化還原反應(yīng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分子的檢測(cè)。通常離子化的過(guò)程在200~400℃的工作溫度下進(jìn)行。如何降低金屬氧化物的氣敏傳感器的工作溫度成為近年的重要研究目標(biāo)。然而金屬氧化物型氣敏傳感器工作溫度的降低就必然會(huì)導(dǎo)致氣體分子的吸附-脫附速率減慢,工作溫度和傳感器的響應(yīng)-恢復(fù)成了一對(duì)矛盾。本論文重點(diǎn)探索和解決傳感器的低溫工作和快速恢復(fù)不能同時(shí)滿足這一關(guān)鍵問(wèn)題,通過(guò)調(diào)控敏感材料的微納結(jié)構(gòu),改進(jìn)器件性能,提高低溫下金屬氧化物型半導(dǎo)體傳感器的響應(yīng)率,并降低恢復(fù)時(shí)間。本文目的在于實(shí)現(xiàn)環(huán)境物質(zhì)的探測(cè),主要聚焦于氣敏傳感器及折射率傳感器。這兩種探測(cè)器的共同點(diǎn)在于都能夠感應(yīng)到其附近環(huán)境物質(zhì)的變化。取得的重要進(jìn)展包括以下兩個(gè)方面:1)設(shè)計(jì)并制備了CuO/WO3異質(zhì)結(jié)構(gòu),我們發(fā)現(xiàn)n型材料摻入P型CuO納米顆粒,氣敏性能不再依賴于氣敏材料表面的氧負(fù)離子的濃度。當(dāng)溫度降低到60℃,對(duì)低濃度的目標(biāo)氣體仍有超高的響應(yīng)率,且選擇性好。為了實(shí)現(xiàn)傳感器在低溫下的快速恢復(fù),我們調(diào)整了傳感器結(jié)構(gòu),加入脈沖電壓的設(shè)計(jì)。該方案可以推廣到整個(gè)金屬氧化物電阻型氣敏傳感器中,是解決該類傳感器件在低溫下恢復(fù)慢的有效方案。本論文中設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)硫化氫氣體探測(cè)具體指標(biāo)如下:在60°C下對(duì)4 ppm的目標(biāo)氣體響應(yīng)率達(dá)到~105,恢復(fù)時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)縮短到60 s左右。2)為了解決電學(xué)傳感器工作溫度高,測(cè)試背景噪聲大,重復(fù)穩(wěn)定性差,探測(cè)目標(biāo)限于氣體分子等局限。我們利用光學(xué)探測(cè)器零響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間,零功耗,重復(fù)性穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì),制備了Al/Al2O3/Al法布里珀羅(F-P)共振腔結(jié)構(gòu),研究了光學(xué)折射率傳感特性,實(shí)現(xiàn)了光學(xué)環(huán)境折射率探測(cè)器的工作波段在0.2~2?m可調(diào)。為了改善傳感器對(duì)入射角度敏感的問(wèn)題,本論文對(duì)Al/Al2O3/Al的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整。同時(shí),初步探究了金屬腔局域表面等離子體共振模型,提出了解決折射率傳感器對(duì)角度敏感問(wèn)題的有效方案。
【關(guān)鍵詞】：傳感器 氣敏 折射率 金屬氧化物 F-P諧振腔
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 傳感器的定義、分類及基本特性參數(shù)定義11-13
• 1.2.1 電阻型氣敏傳感器基本特性參數(shù)的定義12-13
• 1.2.2 法布里珀羅折射率傳感器基本特性參數(shù)定義13
• 1.3 氣敏傳感器研究13-18
• 1.3.1 電阻型氣敏傳感器的基本工作原理13-16
• 1.3.2 氣敏傳感器的發(fā)展?fàn)顩r16-18
• 1.4 折射率傳感器的研究18-20
• 1.4.1 法布里珀羅折射率傳感器基本工作原理18-19
• 1.4.2 折射率傳感器的發(fā)展?fàn)顩r19-20
• 1.5 本論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究意義20-21
• 第二章 基于半導(dǎo)體金屬氧化物的氣敏傳感器21-33
• 2.1 前言21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-26
• 2.2.1 CuO/WO_3異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原料、合成22-23
• 2.2.2 CuO/WO_3異質(zhì)結(jié)構(gòu)形貌和結(jié)構(gòu)的表征及分析23-26
• 2.2.3 硫化氫氣敏傳感器的制備與測(cè)試26
• 2.3 結(jié)果分析與儀器改進(jìn)26-32
• 2.3.1 硫化氫氣敏傳感器的測(cè)試結(jié)果與分析26-29
• 2.3.2 硫化氫氣敏傳感器的改進(jìn)29-32
• 2.3.3 硫化氫氣敏傳感器的濕度測(cè)試32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于金屬微結(jié)構(gòu)的折射率傳感器33-57
• 3.1 前言33
• 3.2 法布里-珀羅折射率傳感器33-48
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)部分33-34
• 3.2.2 Al/Al_2O_3/Al結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)表征及分析34-39
• 3.2.3 TMM模擬計(jì)算39-45
• 3.2.4 法布里-珀羅折射率傳感器測(cè)試結(jié)果與分析45-47
• 3.2.5 小結(jié)47-48
• 3.3 其他潛在的折射率傳感器結(jié)構(gòu)摸索48-57
• 3.3.1 Al/Al_2O_3/Al三層均勻結(jié)構(gòu)的改進(jìn)48-50
• 3.3.2 基于局域表面等離激元的潛在折射率傳感器結(jié)構(gòu)50
• 3.3.3 基于局域表面等離子共振傳感器的原理50-53
• 3.3.4 雙層金球殼結(jié)構(gòu)53-56
• 3.3.5 小結(jié)56-57
• 第四章 總結(jié)與展望57-59
• 4.1 總結(jié)57-58
• 4.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 附錄A64-67
• 作者簡(jiǎn)介及攻讀學(xué)位期間主要成果67

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：面向能耗低、恢復(fù)快的微納結(jié)構(gòu)傳感器的制備與特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：444789