贵金属修饰的二氧化钒纳米线的制备及其气敏性能研究

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1、贵金属修饰的二氧化钒纳米线的制备及其气敏性能研究TheResearchonFabricationandGasSensitivityPerformanceofNobleMetal-DecoratedVanadiumDioxideNanowires工程领域：集成电路工程作者姓名：朱奎龙指导教师：梁继然副教授企业导师：赵彦民高级工程师天津大学微电子学院二零一七年十一月摘要二氧化氮（NO2）是一种有毒气体，人体吸入少量的NO2就会引起呼吸道感染等疾病，为了预防其危害，有必要研制一款具有较高灵敏度的NO2气敏传感器。金属氧化物半导体材料因灵敏度高，稳定性好等优点被广泛应用

2、于NO2的检测，然而较高的工作温度制约了其进一步发展。二氧化钒（VO2）作为新兴的金属氧化物半导体材料，可以在室温下检测NO2，但目前的VO2材料对NO2的灵敏度较低。增大材料比表面积和贵金属修饰是提升半导体材料气敏性能的常用方法。本论文首先采用化学气相输运沉积法生长VO2纳米线，通过改变基底种类、沉积时间等工艺条件来增进VO2纳米线的比表面积。实验发现，在未抛光的石英基底上生长出的纳米线具有最佳的整体形貌，通过改变沉积时间，在4h时得到具有最高密度和比表面积的纳米线，且在室温下对5ppmNO2显示出最佳的气敏性能，为1.20。为了进一步提升VO2材料对NO2的

3、灵敏度，采用离子溅射配合快速退火的方法对纳米线表面进行金颗粒的沉积。通过改变溅射时间研究金颗粒的尺寸和数量对VO2纳米线气敏性能的影响，发现当金沉积时间为10s时得到的纳米线拥有最多的金颗粒数量和最小的金颗粒尺寸，对5ppmNO2具有最佳的气敏性能，为3.22。温度测试显示，金修饰VO2纳米线在室温下对NO2的灵敏度最高，随着工作温度升高，灵敏度下降。实验结果显示，通过生长VO2纳米线和金属修饰的方法，成功提升了VO2材料对NO2的灵敏度，这对于研究新的金属氧化物半导体气敏传感器方面具有重要的意义。关键词：二氧化钒，气敏传感器，贵金属沉积，纳米线IABSTRAC

4、TNitrogendioxide(NO2)isakindoftoxicgas,asmallamountofNO2cancausediseasessuchasrespiratorytractinfection,soitisnecessarytodevelopagassensorwithhighersensitivitytodetectNO2.Metaloxidesemiconductormaterialshavetheadvantageofhighsensitivityandgoodstability,arewidelyusedinthedetectionofNO

5、2,however,thehigheroperatingtemperaturelimitsitsfurtherdevelopment.Asanewtypeofmetaloxidesemiconductormaterial,vanadiumdioxide(VO2)candetectNO2atroomtemperature,butthesensitivityofcurrentVO2materialsisstilllow.Increasethespecificsurfaceareaanddecorationwithmetalnanoparticlesonthesurf

6、aceofmetaloxideshavealwaysbeenusedtoimprovethesensingability.Inthispaper,VO2nanowiresweregainedbychemicalvaportransportdepositionmethod.ThespecificsurfaceareaofVO2nanowireswasimprovedbychangingthesubstrateandvaryingdepositiontime.Theexperimentalresultsshowthatontheunpolishedquartzsub

7、strate,theVO2nanowirewithbestsurfacetopographycanbeobtained.Bychangingthedepositiontime,thenanowireswiththehighestdensityandspecificsurfaceareawereobtainedat4h,ithasthebestsensitivityas1.20to5ppmNO2atroomtemperature.InordertofurtherenhancethesensitivityofVO2materialtoNO2,weusedtheion

8、sputteringwi