贵金属掺杂硅基多孔硅氧化钨纳米线气敏传感器的研究

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1、贵金属掺杂硅基多孔硅/氧化钨纳米线气敏传感器的研究GasSensingPropertiesStudyofNobleMetalDopedTungstenOxideNanowires/PorousSiliconSensors学科专业：微电子学与固体电子学研究生：王登峰指导教师：梁继然副教授胡明教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月摘要三氧化钨是一种重要且被广泛研究的金属氧化物材料，尤其是在传感器领域。为提高气敏性能，可在结构精细化、结构复合化、元素掺杂改性方面入手。本文以多孔硅为复合基底，引入贵金属金对三氧化钨纳米线进行调制改性，制得贵金属掺杂硅基多孔硅氧化钨纳米线气敏传感器，最后对复合结

2、构进行了气敏性能测试。多孔硅作为一种具有优异特性的基底常用来制备纳米线或纳米棒复合结构。通过一种简易的电化学腐蚀方法即可制得多孔硅，孔径的大小可以通过调节电解质溶液配比、PH值和腐蚀电流实现可控。本文首先在多孔硅基底上通过磁控溅射的方法淀积金属钨薄膜，随后在管式炉中热处理，生长获得硅基多孔硅/氧化钨纳米线复合结。得到了单斜结构并且在<001>方向上择优生长的WO3纳米线，并测试对2ppmNO2气敏性能表现。其后通过溅射的方法引入纳米金颗粒修饰氧化钨纳米线，微观分析表明，氧化钨纳米线长300-500纳米，直径约10-25纳米。高分辨率透射电镜分析表明，纳米金颗粒均匀分布在氧化钨纳米线上。气敏性

3、能测试可得，金掺杂硅基多孔硅/氧化钨纳米线复合结构在室温下对0.2-5ppmNO2气体均有响应，且相较于未进行金颗粒修饰前的样品，气敏性能明显提升。研究还发现，溅射淀积纳米金颗粒10s的样品表现出最好的气敏性能，论文最后对贵金属掺杂氧化钨纳米线气敏系能的调制机理进行了探究。关键词：金掺杂，三氧化钨纳米线，多孔硅，复合结构，气敏性能IABSTRACTTungstenoxideisimportantandwell-studiedinmaterialsscience,particularlyforsensorapplications.Inthisresearchwork,weconsiderthe

4、innovationofreducingsize,compositestructureanddopingnoblemetal.Poroussiliconhasbeenwidelyusedasascaffoldtosynthesizenanowiresandnanotubes.Theporoussiliconstructurecanbeobtainedfromasimpleelectrochemicalprocess.Itispossibletotuneporediametersandporespacingbyadjustingparameterssuchasthetypeofelectrol

5、yte,thePH,andtheappliedvoltage.Inthiswork,wereportanenhancednitrogendioxide(NO2)gassensorbasedontungstenoxide(WO3)nanowires/poroussilicon(PS)decoratedwithgold(Au)nanoparticles.Au-loadedWO3nanowireswithdiametersof10-25nmandlengthsof300-500nmhavebeenfabricatedbysputteringmethodonporoussiliconsubstrat

6、e.Thehigh-resolutiontransmissionelectronmicroscopy(HRTEM)micrographsshowthatAunanoparticleswereuniformlydistributedonthesurfaceofWO3nanowires.TheeffectoftheAunanoparticlesontheNO2-sensingperformanceofWO3nanowires/poroussiliconwasinvestigatedoveralowconcentrationrangeof0.2-5ppmofNO2atroomtemperature

7、(25ºC).Itwasfoundthatthe10ÅAu-loadedWO3nanowires/poroussiliconbasedsensorspossessedthehighestgasresponsecharacterization.TheunderlyingmechanismoftheenhancedsensingpropertiesoftheAu-loadedWO3nanowires/porous