水热法制备氧化钨纳米棒多孔硅复合结构气敏传感器

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1、水热法制备氧化钨纳米棒/多孔硅复合结构气敏传感器HydrothermalSynthesisTungstenOxideNanorods/PorousSiliconCompositeStructureGasSensors学科专业：集成电路工程研究生：魏玉龙指导教师：胡明教授企业导师：张汉民高工天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月中文摘要随着工业技术的持续发展，每天都有大量的有毒有害气体被排放到大气中，使得大气污染问题日趋严重，人类的健康安全以及环境保护受到严重威胁。NO2就是一种存在于大气中的典型污染物，因此研发可以在低温条件下快速、可靠地检测NO2

2、气体的气敏传感器对人类健康和环境保护都具有非常重要的意义。截止到现在，科技人员们已发现了多种气敏材料，其中低维氧化钨纳米材料因其生产成本低廉、灵敏度较高等优点被看作是一种极具潜力的NO2气敏材料；硅基多孔硅是一种新颖的敏感材料，可在室温响应，易与集成电路兼容。基于上述背景，本文提出以硅基多孔硅复合担载一维氧化钨纳米结构，结合二者的优点，以期获得高性能、低功耗的复合结构气敏传感器。采用水热合成法，在长有种子层的硅基多孔硅上原位生长氧化钨纳米棒，研究了种子液浓度、种子层热处理温度、反应液pH值等工艺参数对氧化钨纳米棒/硅基多孔硅复合结构的影响；利用FES

3、EM、XRD、TEM等分析手段对复合结构进行微观表征。实验结果表明，通过调节工艺参数可以使氧化纳米棒几乎垂直生长于硅基多孔硅表面，同时在硅基多孔硅孔洞内也含有大量的氧化钨纳米棒。所得氧化钨纳米棒为六方相结构，具有大量的氧空位，其直径约为25-80nm，长度约为600-700nm；该复合结构气敏传感器在最佳工作温度（室温）下便对NO2表现出很高的灵敏度、优异的选择性以及稳定的可重复性。由于水热法制备氧化钨纳米棒/硅基多孔硅复合结构的实验步骤较多、氧化钨纳米棒长径比较小，本文进一步提出以硫酸铵为导向剂，简化制备工艺，优化实验方案以制备氧化钨纳米线/多孔硅

4、复合结构，最终达到提高氧化钨纳米线径长比的目的。实验结果表明在硅基多孔硅表面和孔洞内部都均匀生长了大量六方相结构的氧化钨纳米线，纳米线的直径约为30-40nm，长度要大于2μm。本实验为进一步提高氧化钨纳米线/硅基多孔硅复合结构的气敏性能奠定了基础。关键词：水热法，氧化钨，硅基多孔硅，复合结构，NO2气敏传感器，室温ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofindustrialization,airpollutionhasbecomemoreandmoreserious.Therearealargenumberoft

5、oxicandharmfulgasesareemittedintotheatmosphereeveryday.Thesegaseswillcauseseriousdamagetohumanhealthandenvironmentalprotection.Nitrogendioxide(NO2)isahighlyharmfulatmosphericpollutant.Therefore,thefastandreliabledetectionofNO2gasatlowtemperatureisveryimportantforbothhumanhealth

6、andenvironmentalprotection.Sofar,avarietyofgassensitivematerialshavebeenfound.Amongofthem,thelow-dimensionaltungstenoxidenanomaterialhasbeenconsideredasapromisingNO2-sensingmaterialbecauseoflowcost,highsensitivityandsoon.Besides,poroussilicon(PS)isanewtypesensitivematerialwhich

7、canworkinroomtemperature,anditiscompatiblewiththeintegratedcircuit.Basedontheabovebackground,wewanttoprepareanewgassensorbasedonone-dimensionaltungstenoxidenanomaterial/poroussiliconcompositesinordertoimprovegas-sensingpropertiesandlowpowerconsumption.Well-orderedone-dimensiona

8、lsinglecrystallineWO3nanorodsweresynthesizeddirectlyon