氧化镍薄膜基甲醛气敏特性及其改性研究

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1、分类号：TN303；TN304.9密级：天津理工大学研究生学位论文氧化镍薄膜基甲醛气敏特性及其改性研究（申请硕士学位）学科专业：微电子学与固体电子学研究方向：半导体薄膜材料与器件作者姓名：孙士久指导教师：张楷亮教授ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchofFormaldehydeGasSensingPropertiesandModificationBasedonNiOThinFilmsBySunShijiuSupervisorProf.Kail

2、iangZhang独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存

3、、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：摘要金属氧化物半导体薄膜气敏传感器因为其灵敏度高、响应时间和恢复时间短、选择性好以及可以与传统的CMOS工艺相兼容等优点成为下一代甲醛气敏传感器的有力竞争者。近年来，p型半导体因为选择性好、稳定性高以及具有一定的催化特性等优点引起了研究者的关注。基于以上考虑，本论文选用p型半导体NiO作为制备甲醛气敏传感器的敏感材料，开展关于NiO薄膜基甲醛气敏特性及其改性的研究，提升NiO对甲醛气体的灵敏度。具体的研究内容

4、如下：（1）使用射频磁控溅射法在Si衬底上沉积NiO薄膜，并且系统的研究了氧分压、外加偏压以及薄膜厚度对薄膜晶格结构、表面形貌以及表面分子成键的影响。之后在Ti叉指电极上沉积NiO薄膜，制备出甲醛气敏传感器，对NiO薄膜的气敏特性进行了研究。结果表明，具备较小的晶粒尺寸、较大的表面粗糙度以及（111）晶面衍射峰占主导的NiO薄膜对甲醛气体的灵敏度较高。（2）研究了共溅掺杂的NiO薄膜对甲醛气敏特性的影响，并对掺杂NiO的结构特性以及甲醛气敏特性进行了表征和测试。实验结果表明：Zn掺杂以及Cu掺杂改变了NiO薄膜的晶格结构以及表面晶粒尺寸，未掺杂的NiO

5、薄膜对甲醛气体的灵敏度为0.08/ppm，掺杂Zn的NiO薄膜对甲醛气体的灵敏度上升到0.39/ppm。(3)使用ZnO对NiO薄膜进行表面修饰，通过改变修饰的ZnO厚度，研究ZnO表面修饰对NiO薄膜甲醛气敏特性的影响。研究表明，ZnO修饰存在最佳的修饰厚度可以提升NiO薄膜的甲醛气敏特性，并且修饰的ZnO以及未被ZnO覆盖的NiO共同影响薄膜对甲醛气体的气敏特性。关键词：氧化镍纳米薄膜气敏传感器掺杂修饰AbstractMetaloxidesemiconductor(MOS)gassensorsarethemostpopularamongallthe

6、detectivemethods.Becauseoftheirhighsensitivity,shortresponseandrecovertime,lowcost,simplicityandcompatibilitywithmodernelectronicdevices,MOSgassensorarethemostattractiveinthenextgenerationofgassensors.Recently,ptypesemiconductorwhichhashighstability,goodselectivityandsomecatalyt

7、iccharacteristicattractslotsofattentions.Accordingtoaboveconsideration,thisdissertationisfocusedontheinvestigationofformaldehydegassensingpropertiesandmodificationbasedonNiOthinfilmswhichisaptypesemiconductorwithhighstability.Thespecificcontentsareasfollows.(1)EffectsofOxygenpar

8、tialpressure,appliedbiasandthethicknessoffilmso