基于不对称结构氮化碳聚合物薄膜的湿敏特性研究

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文基于不对称结构氮化碳聚合物薄膜的湿敏特性研究申请人:王雪婷学号:2151262培养单位:电子工程学院学科专业:微电子学与固体电子学研究方向:功能材料与器件指导教师:张辉军教授完成日期:2018年5月3日中文摘要湿度与我们的生活密不可分，湿度传感器作为检测装置在人们生产生活中发挥重要作用。目前对于湿度传感器性能的改善主要是通过敏感材料。石墨相氮化碳是一种新型的高分子有机材料，自问世以来因其独特的电子结构和优异的性能引起广泛的关注。论文以碳酸胍作为前驱体，通过热分解方法在载玻片在制备氮化碳湿度敏感薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、傅

2、里叶变换红外光谱等手段对薄膜的感湿机理进行分析，结果表明制备氮化碳薄膜沿厚度方向分布不均匀，与衬底侧相比，生长侧方向的薄膜层间距大、氮缺陷含量多，吸收水分子多。当湿度变化时正是这种不对称性使氮化碳薄膜具有湿形变的特点。本文探讨焙烧温度、升温速率及加热时间等因素对氮化碳薄膜湿敏特性的影响，通过对不同制备条件氮化碳薄膜的形貌和组成成分的表征分析证明升高焙烧温度、延长加热时间、降低升温速率均有利于氮化碳薄膜生长，但同时也会使薄膜中氮缺陷含量减少，吸湿能力下降。论文基于氮化碳薄膜吸湿形变的特点，将其与应变片结合制成湿敏元件并进行湿敏特性测试，结果表明该湿敏元件具有重复性好、灵敏度高、湿滞小等优点

3、。通过对不同制备条件下氮化碳薄膜的性能进行综合考察确定在本实验范围内制备氮化碳湿敏薄膜的最佳工艺参数：焙烧温度、升温速率和加热时间分别为570˚C、2.5˚C/min、120min。关键词：氮化碳；湿度敏感；温度；氮缺陷；形变-I-AbstractHumidityisintimatelyrelatedtoourlife.Humiditysensorasdetectiondeviceplayanimportantroleinourlifeandproduction.Thecurrentimprovementintheperformanceofhumiditysensorsismainlyt

4、hroughsensitivematerials.Graphiticcarbonnitride,asanewhighmolecularpolymer,hasattractedconsiderableattentionowingtoitsappealingelectronicstructureandexcellentperformancesinceitsinception.Inthispaper,carbonnitridehumiditysensitivefilmswerepreparedbythermaldecompositionofguanidiniumcarbonateasprecu

5、rsorontoglasssubstrate.Thehumiditymechanismoftheproposedfilmwasanalyzedbyscanningelectronmicroscope,X-raydiffraction,X-rayphotoelectronspectroscopyandFouriertransforminfraredspectroscopy.Theresultsshowedthatthecarbonnitridefilmobtainedisnon-symmetricalongthicknessdirectionwithlargersheetdistancea

6、ndmorenitrogendefectiveasactivesitetowarditsgrowthsideratherthansubstrateside.Inthiscase,morewatermoleculeswereabsorbedonthegrowthsidepossessedbygrowthsidewerebeneficialforwatermoleculeadsorptionanddesorption.Thus,thecarbonnitridewithanisotropicstructureexhibiteddeformationcharacteristicasthehumi

7、ditychanges.Inaddition,theeffectsofcalciningtemperature,heatingrateandheatingtimeonthehumiditysensitivityofcarbonnitridefilmswerediscussed.Throughthecharacterizationandanalysisofthemorphologyandcompositionofthecarbonni