基于纳米硅孔柱阵列的sno2-tio2复合薄膜的制备及性能研究

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文基于纳米硅孔柱阵列的SnO2-TiO2复合薄膜的制备及性能研究申请人:付晓娜学号:2151261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:窦雁巍副教授完成日期:2018年3月19日中文摘要纳米硅孔柱阵列（SiliconNanoporousPillarArray，Si-NPA)特殊的微米/纳米双重结构大大的增加了Si-NPA的比表面积，Si-NPA上排布着大量整齐有序的硅柱，硅柱顶端为纳米孔隙，这样的双重结构更加有利于水分子吸附在Si-NPA表面。硅柱之间的间隙可以作为水蒸气的传输通

2、道，加快了湿敏器件的响应时间。TiO2和SnO2的水蒸气吸附性好、稳定性高，是作为湿度敏感材料的首要选择。本文将TiO2、SnO2和Si-NPA相结合形成新型材料，并研究该新型复合材料的湿度敏感性能。本文采用水热腐蚀的方法制备纳米硅孔柱阵列，当硝酸铁的浓度为0.04mol/L，氢氟酸的浓度为13.33mol/L时，将填充度为80%的水热釜置于140℃的电热鼓风干燥箱中腐蚀1h，可制备出硅柱均匀有序的Si-NPA。采用溶胶-凝胶法制备SnO2-TiO2湿度敏感薄膜。测试结果表明，SnO2-TiO2/Si-NPA湿敏元件具有很好的湿度敏感特性，制备的敏感元件适合用作

3、中高湿度范围湿度检测传感器。在6%RH-98%RH的湿度测试范围内，在100Hz、500Hz、1kHz、40kHz、80kHz、120kHz、160kHz和200kHz的测试频率下对样品SnO2-TiO2/Si-NPA进行湿敏性能测试，结果表明当测试频率为1kHz时，样品SnO2-TiO2/Si-NPA的电容值变化最明显，其中样品SnO2-TiO2/Si-NPA的电容变化最大，为两个数量0.250.75级，其他比例复合的SnO2-TiO2/Si-NPA样品电容值变化均为一个数量级。1kHz的测试条件下，SnO2-TiO2/Si-NPA湿敏响应和恢复时间分别为3s

4、和2s，中0.250.75高湿度范围湿度内的灵敏度最高，为4352.65%，湿滞为16.98%，样品电容响应重复性略差。关键词：纳米硅孔柱阵列；SnO2；TiO2；溶胶-凝胶法；湿敏性能-I-AbstractThesiliconnanoparticlearray(Si-NPA)hasaspecialmicro/nanodualstructure.Onthesurface,alargenumberofcolumnseparationrulesareformed,whichareeasytoadsorbwatermolecules.Thegapbetweenthep

5、orecolumnsfacilitatestheflowofwatervapor,thusspeedinguptheresponsetime.Itsuniquestructureandphysicalpropertiesareidealforthepreparationofsubstratematerialsforsiliconsemiconductornanosensors.SnO2andTiO2arecommonwetsensitivematerialswithgoodadsorptionandstability.Therefore,thecombinati

6、onoftin,titaniumdioxideandsiliconnanoparticlescanachievethepurposeofimprovinghumiditycharacteristics.Inthispaper,twokindsofnano-materialsarecombinedtogethertoproduceanewcompositematerialwithtraditionaltechnology.Thehumiditysensorpreparedbysol-gelmethodhasgoodhumiditysensitivity.Theco

7、ncentrationofFe(NO3)3is0.04mol/L,andtheconcentrationofHFis13.33mol/L,whichwillbedriedintheovenandfilledwith80%ofthecorrosiveliquid.SampleSnO2-TiO2/Si-NPAissuitableforhumiditydetectioninhighhumidityrange.SampleSnO2-TiO2/Si-NPAisthebesthumidity0.250.75sensitivity.Atroomtemperature,ther

8、esponseof6%R