本文關(guān)鍵詞：氧化銦半導(dǎo)體氣敏傳感器的制備及其性能研究

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【摘要】：納米金屬氧化物氣敏傳感器的研究一直是納米材料科學(xué)研究的熱點(diǎn),目前大多數(shù)探測(cè)器對(duì)H2S的探測(cè)都停留在ppm量級(jí)上,更低濃度H2S的探測(cè)仍然是一個(gè)亟待解決的問題。本論文主要從In2O3納米材料的制備方法、表征手段、電學(xué)測(cè)試、光學(xué)測(cè)試以及氣敏測(cè)試等幾個(gè)方面進(jìn)行研究。主要內(nèi)容涉及純立方晶相In2O3(Cubic-type In2O3)、六方晶相與立方晶相混合相In2O3(Cubic-type In2O3Hexagonal-type In2O3)和純六方晶相In2O3(Hexagonal-type In2O3)的合成方法、電學(xué)特性、光敏特性和對(duì)H2S的氣敏特性。論文的主要工作包括:1.利用簡(jiǎn)易溶劑熱方法得到了純立方晶相In2O3,并制作了基于該In2O3納米顆粒的氣敏傳感器。對(duì)該材料進(jìn)行了XRD、SEM、TEM表征以及電學(xué)測(cè)試、UV紫外測(cè)試以及氣敏測(cè)試。結(jié)果表明,該In2O3納米顆粒分散均勻,大小在20 nm~40nm之間;In2O3顆粒之間的接觸為歐姆接觸,且接觸良好;對(duì)UV極為敏感,在最大UV輻照度值下,該傳感器的響應(yīng)倍數(shù)增加了5個(gè)數(shù)量級(jí);該傳感器的最佳工作溫度為250 oC,在此溫度下對(duì)H2S的最低探測(cè)濃度為5 ppb。最后,對(duì)該傳感器的氣敏機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)討論。2.利用簡(jiǎn)單水熱法得到了純六方晶相In2O3,并制作了基于該In2O3納米材料的氣敏傳感器。對(duì)該材料進(jìn)行了XRD、SEM、TEM表征以及電學(xué)測(cè)試、UV紫外測(cè)試以及氣敏測(cè)試。結(jié)果表明該In2O3為不規(guī)則塊狀,塊狀表面由緊密細(xì)小、排列整齊的In2O3納米顆粒構(gòu)成,顆粒大小為5 nm~10 nm;In2O3納米顆粒之間的接觸為歐姆接觸;該傳感器對(duì)UV敏感度低,在最大UV輻照度下,該傳感器的響應(yīng)倍數(shù)增加了13倍;在常溫下,該傳感器對(duì)H2S的最低探測(cè)濃度達(dá)到10 ppb。同時(shí),該傳感器還具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。3.利用制備出的前驅(qū)體InOOH找到了合成六方晶相與立方晶相混合相In2O3納米顆粒的物理處理過程:燒結(jié)溫度為550 oC,保溫時(shí)間為120 min。再通過改變反應(yīng)物中硝酸銦與乙醇胺的比例,并通過不同的焙燒過程得到了三組不同晶相的In2O3納米顆粒。分別對(duì)這三組材料進(jìn)行了XRD、SEM表征以及氣敏測(cè)試。結(jié)果表明三組樣品表面均由大量納米顆粒組成,但六方晶相In2O3納米顆粒分散最均勻,且顆粒排列整齊、大小一致。對(duì)三組樣品制作的傳感器進(jìn)行的電學(xué)測(cè)結(jié)果表明,基于純立方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器導(dǎo)電性最好,基于二者混合相和純六方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器的導(dǎo)電性基本相同。對(duì)三種樣品制作的傳感器進(jìn)行的氣敏測(cè)試結(jié)果表明,對(duì)于同一濃度的H2S來說,基于純立方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器響應(yīng)度居中,但響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間最長(zhǎng);基于二者混合相In2O3納米顆粒制作的傳感器響應(yīng)度最差,但響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間最短;基于純六方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器響應(yīng)度最高,且響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間居中。最終選擇基于純六方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器做深入研究。對(duì)該純六方晶相In2O3納米顆粒做了TEM分析,結(jié)果顯示其顆粒內(nèi)部有大量孔洞,孔徑為2 nm~3 nm。對(duì)該傳感器的電學(xué)測(cè)試表明其顆粒之間的接觸為歐姆接觸。該傳感器對(duì)UV較為敏感,在最大UV輻照度下,其響應(yīng)值增加了5個(gè)數(shù)量級(jí),同時(shí)其響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別在6.4 min和5.2 min之內(nèi)。對(duì)其在常溫下做的氣敏測(cè)試表明,該傳感器對(duì)H2S極為敏感,其對(duì)H2S的最低探測(cè)極限為1 ppb。同時(shí),該傳感器還具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。
【關(guān)鍵詞】：溶劑熱法 水熱法 晶相 氧化銦 氣敏測(cè)試
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器13-14
• 1.2 In_2O_3的特性及應(yīng)用14-15
• 1.3 納米In_2O_3的制備方法15-17
• 1.3.1 化學(xué)氣相沉積法15
• 1.3.2 溶膠-凝膠法15
• 1.3.3 水熱/溶劑熱法15-16
• 1.3.4 靜電紡絲法16-17
• 1.4 制備In_2O_3納米顆粒的反應(yīng)原理17
• 1.5 納米In_2O_3氣敏傳感器的氣體探測(cè)機(jī)理17
• 1.6 納米In_2O_3氣敏傳感器研究進(jìn)展17-18
• 1.7 本論文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新18-19
• 1.8 本論文的思路19-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)表征及相關(guān)測(cè)試方法21-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22
• 2.3 表征設(shè)備22-23
• 2.4 測(cè)試設(shè)備23
• 2.5 傳感器的設(shè)計(jì)23-24
• 2.6 氣敏測(cè)試24-26
• 2.6.1 氣敏測(cè)試步驟24-25
• 2.6.2 氣敏測(cè)試流程25
• 2.6.3 氣敏測(cè)試相關(guān)指標(biāo)25-26
• 2.7 UV響應(yīng)測(cè)試26-28
• 第三章 溶劑熱法立方晶相氧化銦納米顆粒氣敏性研究28-43
• 3.1 實(shí)驗(yàn)過程28
• 3.2 表征測(cè)試結(jié)果與討論28-32
• 3.2.1 XRD表征28-30
• 3.2.2 SEM表征30
• 3.2.3 TEM表征30-32
• 3.3 電學(xué)測(cè)試結(jié)果與討論32
• 3.4 UV敏感測(cè)試結(jié)果與討論32-33
• 3.5 常溫下氣敏測(cè)試33-35
• 3.6 氣敏測(cè)試結(jié)果與討論35-40
• 3.6.1 最佳工作溫度的確定35-37
• 3.6.2 最佳工作溫度下傳感器對(duì)H2S的氣敏性能37-39
• 3.6.3 氣敏選擇特性39-40
• 3.7 敏感機(jī)理40-41
• 3.8 本章小結(jié)41-43
• 第四章 水熱法六方晶相氧化銦納米顆粒的氣敏性研究43-56
• 4.1 六方晶相In_2O_3納米顆粒制備過程43
• 4.2 表征測(cè)試結(jié)果與討論43-46
• 4.2.1 XRD表征43-44
• 4.2.2 SEM表征44-46
• 4.2.3 TEM表征46
• 4.3 電學(xué)測(cè)試結(jié)果與討論46-47
• 4.4 UV測(cè)試結(jié)果與討論47-48
• 4.5 氣敏測(cè)試結(jié)果與討論48-54
• 4.5.1 最佳工作溫度的確定48-49
• 4.5.2 室溫下傳感器對(duì)H2S的氣敏性能49-52
• 4.5.3 室溫下傳感器的重復(fù)特性52-53
• 4.5.4 室溫下傳感器對(duì)H2S的選擇特性53-54
• 4.6 敏感機(jī)理54-55
• 4.7 本章小結(jié)55-56
• 第五章 方晶相立方晶相及二者混合相氧化銦性能研究56-84
• 5.1 六方晶相立方晶相及二者混合相In_2O_3粉末的制備方法56-64
• 5.1.1 混合晶相In_2O_3粉末(h-In_2O_3 & c-In_2O_3)的制備方法與討論56-64
• 5.1.1.1 不同的燒結(jié)溫度對(duì)得到粉末的晶相變化過程的影響探究56-58
• 5.1.1.2 不同的燒結(jié)時(shí)間對(duì)得到粉末的晶相變化過程的影響探究58-59
• 5.1.1.3 水熱過程中乙醇胺對(duì)最終合成產(chǎn)物的影響研究59-62
• 5.1.1.4 水熱過程中葡萄糖對(duì)最終合成產(chǎn)物的影響研究62-64
• 5.2 不同晶相In_2O_3粉末的表征測(cè)試結(jié)果與討論64-66
• 5.2.1 不同晶相In_2O_3粉末的XRD表征64-65
• 5.2.2 不同晶相In_2O_3粉末的SEM表征65-66
• 5.3 基于不同晶相In_2O_3納米顆粒制作的傳感器的電學(xué)特性分析66-67
• 5.4 三組傳感器在常溫下氣敏測(cè)試結(jié)果與討論67-70
• 5.5 樣品C的TEM表征結(jié)果與討論70-72
• 5.6 基于樣品C制作的氣敏傳感器的電學(xué)測(cè)試結(jié)果與討論72
• 5.7 基于樣品C制作的氣敏傳感器的UV測(cè)試結(jié)果與討論72-74
• 5.8 室溫下基于樣品C制作的傳感器的氣敏測(cè)試結(jié)果與討論74-81
• 5.8.1 傳感器最佳工作溫度的確定74-76
• 5.8.2 傳感器對(duì)H2S的氣敏性能76-79
• 5.8.3 傳感器的穩(wěn)定性79-80
• 5.8.4 傳感器的氣敏選擇特性80-81
• 5.9 敏感機(jī)理81
• 5.10 本章小結(jié)81-84
• 第六章 全文總結(jié)與展望84-86
• 6.1 全文總結(jié)84-85
• 6.2 后續(xù)工作展望85-86
• 致謝86-87
• 參考文獻(xiàn)87-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果94-95

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