碳纳米管离化气体传感器制备技术研究

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1、上海交通大学硕士学位论文碳纳米管离化气体传感器制备技术研究姓名：魏星申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：徐东20070101上海交通大学硕士学位论文摘要极（间距小于10微米），在降低电压的同时实现整体电极结构的微型化（核心电极尺寸3mm×3mm）。对所设计的碳纳米管微间距侧壁电极的制备涉及到将碳纳米管这种一维材料用MEMS微加工工艺引入一种新的微结构，对其制备工艺的开发是一个全新的领域。本论文应用MEMS微加工技术配合丝网印刷及复合电镀两种碳纳米管成膜技术分别设计了制备工艺流程并实现其制备，得到了两种碳纳米管微间距侧壁电极。针对制备过程

2、中器件性能的关键工艺——丝网印刷碳纳米管成膜工艺、Ni－CNTs复合电镀工艺，进行了工艺优化，获得了优化方案。分别对丝网印刷及复合电镀两种工艺路线加工得到的碳纳米管电极进行不同气体环境下的电离放电测试，结果表明：两种电极均可实现对不同气体的检测且工作电压在100V以下。另一方面，应用碳纳米管微间距侧壁电极对人体呼吸进行检测，可以通过恒定电压下电流－时间曲线中的电流脉冲周期变化及脉冲值大小获取有关呼吸频率和气流量的信息。关键词：碳纳米管电极，气体离化传感器，丝网印刷，Ni-CNTs复合电镀II上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTResearchonfa

3、bricationofCNTsionizationgassensorABSTRACTThefield-inducedgasdischargeprocesscanbeelectricallycharacterizedbythetransitionofgasesfromaninsulatortoaconductor.Thecurrentinthetestloopincreasesfromthemagnitudeofenvironmentnoisetoarelativelylarge(>nAscale)andrepeatablesignalatacertain

4、voltage.Thetransitioncompletesinatransienttime(magnitudeofnanoseconds).Theoretically,thetransitioncanbecharacterizedbythresholdvoltagesand/orcurrents,whichweredeterminedbythreefactors:(1)thegeometryandthematerialsoftheelectrodes;(2)thespeciesandtheconcentrationofthegases;(3)theme

5、thodofelectricaloperation.Therefore,undertheconditionthatthefactorsof(1)and(3)aregiven,differentgaseswouldproducespecificthresholdvoltagesandcurrents,whichreflectthespeciesandtheconcentrationofthegases.Theoperationofsuchgassensorsarecharacterizedbyfastresponsetime,highsensitivity

6、,andshortrecovertime.However,theriskyhighoperationvoltageandthebulkyarchitecturesignificantlylimititsdevelopmentandapplication.InordertoobtainthehighelectricfieldatarelativelylowoperationIII上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTvoltage,inthisthesis,anewcarbonnanotubesmicro-gapsidewallelectrodesyst

7、emforgassensorswasstudied.ThefabricationoftheelectrodesystemwasbasedonMEMStechnologies.Carbonnanotubeswereutilizedastheelectrodematerialsduetoitslargefieldenhancementfactor.Thesharptipsofnanotubesgeneratehighelectricfieldatrelativelylowappliedvoltage,comparingtotheconventionalele

8、ctrodesystem;thiscanpracticallylowerthed