| 【中文题名】 | 薄膜型气体传感器的研究与制备 |
| 【英文题名】 | Investigation and Preparation of the Thin Film-Type Gas Sensor |
| 【学科专业】 | 微电子学与固体电子学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-11-12 |
| 【中关键词】 | 磁控溅射,ZnO薄膜,掺杂,气敏特性,失效, |
| 【英关键词】 | Magnetron Sputtering,ZnO Thin Film,Doping,Gas-sensing Properties,Failure, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器（变换器）、传感器> |
| 【论文摘要】 |
气敏传感器作为新型敏感元件传感器,今年来有了很大的发展。薄膜型气敏材料以其独特的微观结构和物理、化学性能,优良的表面特性主导了气敏技术的发展方向,对薄膜型气敏材料的掺杂成为当今研究的热点。
本文利用直流磁控反应溅射法分别制备了具有较低工作温度(220℃)的ZnO薄膜以及掺杂金属氧化物的ZnO薄膜气敏传感器。ZnO薄膜对丙酮有很好的选择性(能抵抗其他常见有机蒸汽的干扰)和很高的灵敏度。通过XRD技术分析退火对薄膜结构的影响,利用红外光谱技术分析了ZnO丙酮敏感薄膜与丙酮气体反应前后的气体成分。
TiO_2掺杂的ZnO薄膜对乙醇呈现很高的灵敏度,且灵敏度与掺杂时间有关,并用XRD技术分析了掺杂前后薄膜结构变化。实验发现掺杂可以阻止晶粒长大。用镧的氧化物掺杂的ZnO薄膜对多种有机气体敏感,可作广谱性的传感器。同时溅射制备了ZnO掺杂的SnO2薄膜气敏元件,此元件对丙酮和乙醇都有很高的灵敏度。
本文分析了气敏元件的失效性及失效原因,元件失效分为初始电阻值的漂移和灵敏度的漂移,其失效性与多种因素有关,包括气敏材料结构、工作温度和外界环境。 |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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ABSTRACT |
5-8 |
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第一章 绪论 |
8-12 |
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§1-1 气敏技术研究现状以及发展趋势 |
8-10 |
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1-1-1 气敏传感器及其分类 |
8-9 |
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1-1-2 国内、外气敏技术现状 |
9-10 |
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1-1-3 气敏传感器的发展趋势 |
10 |
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§1-2 薄膜型气体传感器研究进展 |
10-11 |
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§1-3 本论文的主要研究内容 |
11-12 |
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第二章 薄膜理论及制备方法 |
12-20 |
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§2-1 薄膜的性质 |
12-13 |
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§2-2 薄膜的结构与缺陷 |
13-15 |
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2-2-1 薄膜的结构 |
13-14 |
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2-2-2 薄膜的缺陷 |
14-15 |
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§2-3 薄膜的生长 |
15-16 |
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§2-4 常用薄膜淀积技术 |
16-18 |
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2-4-1 物理汽相淀积 |
16-17 |
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2-4-2 化学汽相淀积 |
17 |
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2-4-3 热氧化法 |
17 |
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2-4-4 电镀法 |
17 |
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2-4-5 物理淀积 |
17-18 |
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§2-5 直流磁控反应溅射技术及其特点 |
18-20 |
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第三章 ZnO 薄膜气敏元件的研制及其气敏特性研究 |
20-31 |
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§3-1 ZnO 薄膜结构及其气敏特性 |
20-21 |
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3-1-1 ZnO 薄膜晶体结构 |
20 |
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3-1-2 ZnO 薄膜的本征缺陷 |
20-21 |
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3-1-3 ZnO 薄膜气敏特性 |
21 |
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§3-2 ZnO 薄膜的制备 |
21-22 |
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§3-3 工艺参数对薄膜质量的影响 |
22-23 |
|
3-3-1 溅射速率 |
22 |
|
3-3-2 氧氩比 |
22-23 |
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3-3-3 本底真空度和送氩量 |
23 |
|
3-3-4 溅射功率 |
23 |
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3-3-5 基片的清洁 |
23 |
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3-3-6 退火温度 |
23 |
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§3-4 ZnO 薄膜丙酮气敏元件的制备及气敏特性研究 |
23-31 |
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3-4-1 ZnO 薄膜气敏元件的制备 |
24 |
|
3-4-2 薄膜结构分析 |
24-25 |
|
3-4-3 气敏特性测试 |
25-27 |
|
3-4-4 掺杂前后薄膜丙酮气敏性对比 |
27-28 |
|
3-4-5 ZnO 薄膜的气敏机理 |
28-29 |
|
3-4-6 ZnO 薄膜对丙酮的敏感机理 |
29-31 |
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第四章 掺杂对 ZnO 薄膜气敏特性的影响 |
31-41 |
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§4-1 金属氧化物掺杂对ZnO 薄膜气敏特性的影响 |
31-33 |
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4-1-1 金属氧化物掺杂的作用机理 |
31 |
|
4-1-2 金属氧化物掺杂对气敏特性的影响 |
31-33 |
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§4-2 掺Ti02的ZnO薄膜气敏特性研究 |
33-38 |
|
4-2-1 薄膜结构分析 |
33-34 |
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4-2-2 薄膜气敏特性分析 |
34-37 |
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4-2-3 薄膜气敏机理讨论 |
37-38 |
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§4-3 掺La_2O_3的ZnO广谱型气敏薄膜研究 |
38-41 |
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第五章 掺杂的SnO_2薄膜气敏特性研究 |
41-45 |
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§5-1 掺杂金属氧化物的SnO_2传感器的发展状况 |
41 |
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§5-2 掺杂ZnO的SnO_2薄膜气敏特性研究 |
41-45 |
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5-2-1 气敏薄膜的制备 |
41-42 |
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5-2-2 元件气敏测试及数据分析 |
42-45 |
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第六章 气敏元件结构设计以及气敏性失效分析 |
45-50 |
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§6-1 气敏元件结构设计 |
45-47 |
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§6-2 气体元件失效分析 |
47-50 |
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第七章 结论 |
50-51 |
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参考文献 |
51-54 |
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致谢 |
54-55 |
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攻读学位期间所取得的相关科研成果 |
55 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.386167 |
