半导体氧化物热线气体传感器.pdf

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1、Athesissub．【11ittedtoZheng吐ouU】[1iVersityfor让Iede乒eeofMasterSemjconductoro瑚eHot．Wh屯GasSenso璐By(沁a119weiLiSupeMsor：AP．Zili办anCheIIlicalTechnolo影SchoolofChe】血calEn百ne耐nga]帕EnergyM姒2014学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含

2、任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：鹰于午日期：加／中年岁月多p日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文

3、和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：名矿牛日期：加，争年箩月务日摘要S1102是一种n型半导体金属氧化物，有着性质稳定，灵敏度高，成本低等优点，在半导体金属氧化物气体传感器中得到了广泛应用，一直以来也是气敏材料研究的热点。由文献报道可知，SlD2作为气敏材料多用于传统旁热式气体传感器中，在热线型气体传感器中的应用很少。热线型半导体气体传感器有望克服传统旁热式气体传感器中长期存

4、在的功耗高、受环境温湿度影响大等缺点，并保留S1102气敏材料的优点。热线型气体传感器的材料受结构和气敏机理不同的影响，对气敏材料性能要求更高。本文根据热线型气体传感器的气敏机理开展Sn02基热线型气体传感器的研究。主要研究内容包括气敏材料的制备和对热线型气体传感器气敏机理的讨论。分别制备了纳米S11102、Sb掺杂Sn!02(ATO)纳米材料、La／Sb和Pt／sb掺杂S1102纳米材料、F掺杂Sn02(FTo)纳米材料；考察了掺杂对Sn02气敏性能的影响，并通过FT-瓜、Ⅺm、SEM、TEM、

5、EDS等表征手段对所制备气敏材料进行表征和分析。主要实验结果如下：(1)采用硝酸氧化法制备了纯SID2纳米材料，通过F—m表征发现了Sl卜O的振动吸收峰；Ⅺ乇D表征显示材料为四方金红石结构，并计算得到其粒径为7．9m；SEM表征表明制得的SIl!02材料为纳米级球形颗粒。对Sn02热线型气敏元件的气敏性测试显示，对乙醇和氢气分别在2．00V和3．00V工作电压下有最佳响应，其灵敏度分别为108111V和115lnV。通过改变工作电压可提高气敏元件的选择性。对100ppm的乙醇的响应．恢复时间分别为

6、100s和190s，对1000ppm的氢气的响应．恢复时间分别为20s和15s。(2)采用化学共沉淀法制备了Sb掺杂SI】!02(衄10)和La／Sb掺杂Sn02纳米材料。通过Ⅺm表征显示SID2为四方金红石结构，并没有新的衍射峰出现，说明Sb和La元素固溶到S102晶格或晶隙中，没有形成新的晶相。SEM和TEM表征表明所制取的材料为球状的纳米级颗粒，颗粒尺寸随着Sb掺杂量的增加呈先减小后增大的趋势，这与xI①分析结果相一致。对La／Sb掺杂SI】!02气敏材料性能测试发现对乙醇的灵敏度相较于纯S

7、nl0·2提高了340mV，响应．恢复时间由100s和190s分别缩短为15s和50s，并且对醇类气体的选择性较好。摘要(3)采用溶胶．凝胶法制备了F掺杂Sn02(FTo)纳米材料。通过Ⅺ①表征显示F掺杂Sn02为四方金红石结构，没有形成新的晶相，颗粒尺寸随着F掺杂量的增加而略有增大，F的掺杂量n(F坳(Sn)为3．23％到6．14％的粒径由10．8m增大到14．7m。EDS表征显示F元素虽然在制备过程中大部分都损失了，但是FTo中F的含量与F源的加入量成正比。SEM和ⅡM表征表明材料为纳米级球形

8、颗粒。气敏性能测试显示FTO气敏材料对№的灵敏度由纯Sn02的115IIⅣ提高到了800mV，特别是在低浓度气体下对H2选择性较好，并且对№响应．恢复时间非常短，分别为<5s和<20s。(4)sb和F掺杂大幅度提高了S的2基热线型气敏元件的灵敏度，通过机理分析表明降低气敏材料电阻值能有效提高热线型气敏元件灵敏度。关键词：二氧化锡；掺杂；热线；气体传感器；气敏机理AbstractAbStraCtS1102jsakilldofmtypesemiconductormetaloxidew地