铝掺杂氧化锌气敏传感器的研究

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1、分类号：TP212.2密级：公开KUDC：编号：201321903010.河北工业大学硕士学位论文铝掺杂氧化锌气敏传感器的研究论文作者：孟占昆学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：潘国峰职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElectronicsINSTITUTEOFAlDOPEDZnOSENSORbyMengZhankunSupervisor:Professor

2、PanGuofengFebruary2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全

3、文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（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：日期：导师签名：日期：摘要氧化锌是禁带较宽的金属氧化物，属于半导体材料。氧化锌物理化学性质较稳定，原料丰富、制备成本比较廉价，而且拥有良好的气敏、光催化等性能，因此氧化锌材料被应用在众多领域。本课题通过溶胶凝胶法制备了不同掺杂浓度的铝掺杂氧化锌粉末，并制备出气敏传感器。主要完成以下工作：1.无水乙醇和去离子水以1：1的配比混合后制备溶剂，利用醋酸锌、氢氧化钠、硝

4、酸铝作原料，通过溶胶凝胶法制备纯氧化锌和铝掺杂氧化锌纳米粉末，掺杂量分别为0wt.%、2.98wt.%、4.98wt.%、6.98wt.%。通过浸渍提拉法制备氧化锌气敏元件。2.通过紫外可见分光光度计得到了粉末样品的吸收光谱和透射光谱，通过外推法计算了样品的禁带宽度。结果发现，掺杂后氧化锌在可见光波段和紫外光波段的吸收强度均变小，在紫外光波段吸收强度的减幅更明显；在大于450nm的波段，几种样品透射率均很高，在85%以上。3.对样品进行X射线衍射和扫描电子显微镜的表征以及相应的气敏测试，得出：随着掺杂量的增加，氧化锌排列更加疏松，结晶粒径减小。由掺杂带来形貌的改

5、变有益于气体的吸附，增加了样品的气敏性能。随着退火温度的上升，样品的结晶粒径逐渐增大，与XRD粒径计算结果相符合。4.对样品进行系统的气敏测试，发现掺杂样品对丙酮的选择性最好，灵敏度比纯氧化锌提高了很多，响应-恢复时间均大大减少，工作温度下降。尤其是掺杂量为4.98wt.%样品，灵敏度高达14075，响应恢复时间分别为3s、1s，工作温度下降到110℃。5.研究了紫外光激发对铝掺杂氧化锌气敏性能的影响。将样品置于紫外光照射和黑暗两种条件下进行气敏测试。结果显示，置于紫外光照射中的样品对丙酮拥有良好的响应，灵敏度较高。6.通过实验结果和分析，确定了铝掺杂氧化锌气敏

6、材料的最佳制备工艺，其中制备pH值为7，最佳掺杂量为4.98wt.%，最佳退火温度为700℃，最佳工作温度为110℃。并深入分析了掺杂以及紫外光激发增加氧化锌气敏性能的机理。关键字：铝掺杂氧化锌薄膜气敏禁带宽度紫外光激发IABSTRACTZincoxidebelongstothesemiconductormaterial,anditsmetaloxidewithwideforbiddenwide.Chemicalandphysicalpropertiesofzincoxideisstable,itsrawmaterialsareabundant,theprepa

7、rationcostischeap,andzincoxidehasgoodgassensitive,photocatalyticperformance,thereforezincoxidematerialsareusedinmanyfields.Nanopowderofaluminumdopedzincoxideispreparedbysolgelmethodwithdifferentdopingconcentration,andprepareofgassensor.Theprincipalactivitieswereasfollows:1.Anhydrouse

8、thanolanddei