粉末溅射ZnO薄膜酒敏元件

针对金属氧化物薄膜气敏元件传统制造工艺中存在的掺杂不稳问题,开发了一种实用化的ZnO薄膜气敏基材料.采用粉末溅射法研制ZnO：1?O2薄膜,利用衬底Al2O3与ZnO晶体均为六方结构的特点,选择适当溅射参数研制出薄膜气敏元件,同时通过悬挂芯片双点焊工艺,使元件更加小型化.长期检测结果表明,此类元件气敏特性和稳定性良好,适合进一步推广应用.     

ZnO纳米阵列结构酒精气敏特性研究

为了提高ZnO气敏元件对酒精蒸汽的气敏响应,改善气敏元件的稳定性及耐久性,文中采用化学水热法在预处理后的陶瓷管电极表面生长ZnO纳米阵列材料,通过退火处理后得到薄膜ZnO气敏元件.借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜对所得产物的晶体结构和形貌进行表征.采用静态配气法对其进行不同浓度(1×10-4,2×10-4,5×10-4,1×10-3)的酒精蒸汽气敏性能测试.实验结果表明:该结构为分散均匀的ZnO纳米线阵列状结构,该纳米结构薄膜气敏元件具有较好的气敏性能,具有较快的响应及恢复.随环境中酒精蒸汽浓度的增加,其气敏性能逐步提升,在5×10-4酒精蒸汽气敏浓度下气敏性能达到峰值.不同浓度条件下,气敏响应及恢复时间不同,在1×10-4条件下度响应时间最快,1×10-3浓度下恢复时间最快,2×10-4浓度下响应恢复时间最均衡.     

粉末溅射SnO2／CeO2薄膜酒敏元件

介绍粉末溅射SnO2/CeO2酒敏薄膜特性的研究和气敏元件及气敏层参数的设计。介绍元件热功耗的规律,反应温度的规律,测试电压对灵敏度的影响的规律。讨论了用相对灵敏度消除湿度影响的设想,以及对低功耗元件,简单气敏元件集成电路研制等问题。     

粉末溅射金属氧化物气敏薄膜和元件Ⅰ．粉末溅射金属氧化物气敏薄膜

利用反溅,发展了粉末溅射工艺;指出了粉末溅射对研制稳定的薄膜气敏元件的重要性;给出了粉末掺杂比与薄膜掺杂比关系的实验结果;给出了SnO2（100-x）／CeO2（x）最佳灵敏度的掺杂x％的范围;给出了灵敏度随膜厚变化的特征,以及一些薄膜的最佳膜厚l^x的数值;给出了响应时间随膜厚变化的规律．     

微型薄膜气敏元件芯片的传热系数和热功耗

热功耗是关系到气敏元件的应用、热特性分析和工艺设计的重要参数，至今无计算气敏薄膜元件热功耗的实用公式；在研究微型薄膜气敏元件引线的散热量，芯片传热系数随芯片尺寸和温度变化的规律的基础上，给出了热功耗的相关计算方法和公式，据此计算得出微型薄膜气敏元件的热功耗数值，与实验结果一致。     

粉末溅射金属氧化物气敏薄膜和元件Ⅰ. 粉末溅射金属氧化物气敏薄膜

利用反溅,发展了粉末溅射工艺;指出了粉末溅射对研制稳定的薄膜气敏元件的重要性;给出了粉末掺杂比与薄膜掺杂比关系的实验结果;给出了SnO₂(100~x)／CeO₂(x)最佳灵敏度的掺杂x％的范围;给出了灵敏度随膜厚变化的特征,以及一些薄膜的最佳膜厚lx的数值;给出了响应时间随膜厚变化的规律.     

溶液处理ZnO纳米火炬阵列薄膜的制备及其气敏性能研究

利用晶种生长和溶液处理相结合的方法在气敏元件表面制备出了ZnO纳米火炬阵列薄膜,该方法在低温下进行,对环境友好且能耗低。对制得的薄膜进行XRD表征,结果表明其主要物相为纤锌矿ZnO;并对该薄膜进行FESEM表征,发现该ZnO纳米火炬呈中空形貌,高5μm,外径2μm,壁厚约200nm,且大小均一、排列有序。这些纳米火炬都是由粒径20nm左右的更细小的ZnO粒子组装而成。此外还讨论了ZnO纳米火炬结构的可能生长机理。最后对这种ZnO纳米火炬阵列薄膜进行了乙醇的气敏性能测试,并与纳米棒和纳米墙等已知形貌的ZnO纳米材料相比较,结果表明纳米火炬结构的ZnO纳米材料具有更优良的气敏性能。     

微型薄膜气敏元件芯片的传热系数和热功耗

热功耗是关系到气敏元件的应用、热特性分析和工艺设计的重要参数 ,至今无计算气敏薄膜元件热功耗的实用公式 ;在研究微型薄膜气敏元件引线的散热量 ,芯片传热系数随芯片尺寸和温度变化的规律的基础上 ,给出了热功耗的相关计算方法和公式 ,据此计算得出微型薄膜气敏元件的热功耗数值 ,与实验结果一致     

ZnO薄膜制备及其有机蒸汽敏感特性分析

采用直流磁控溅射法进行ZnO薄膜的制备,探讨了O2/Ar对薄膜方块电阻,退火对薄膜结构的影响.在对不同退火温度的ZnO薄膜的气敏特性进行测试后表明:较低的退火温度有利于提高器件气敏特性,其中经600℃退火的ZnO薄膜的灵敏度最高,其最佳工作温度为350℃.实验制备的ZnO薄膜对丙酮、汽油等有机蒸汽都有较高的敏感性和较短的响应-恢复时间,呈现对有机蒸汽敏感的广谱性.     

烧结温度对ZnO纳米线酒敏性能影响的研究

为初步研究ZnO纳米线的酒敏性能,以纯度为99.9%的Zn粉为原料,采用物理热蒸发法制备出ZnO纳米线,并以其作为气敏基料,羧甲基纤维素为粘结剂,在不同的烧结温度下制备成旁热式气敏元件.运用扫描电镜观察了产物的形貌,采用静态配气法在自制的测试系统上进行了气敏性能的测试.结果表明:随着烧结温度的升高,ZnO纳米线互相联结、长大,使其比表面积迅速减小,进而影响了气敏元件的酒敏性能.根据实验结果,当其烧结温度为500℃时,元件的气敏性能较佳.     

新型金属氧化物薄膜气敏元件基材料的开发

根据电导气敏机理的氧负离子理论,提出制备n型金属氧化物气敏基材料的理论,指出禁带宽度Eg＞2eV的金属氧化物材料都有可能研制薄膜气敏元件,并通过Fe2O3／1％Sb2O3和TiO2薄膜元件的制备和表征,论证了该理论的正确性.     

紫外光驱动微纳结构薄膜的气敏特性研究

采用基于有机模板的溶液浸渍-无损转移法制备ZnO微纳多孔有序薄膜,研究了在不同紫外光强度照射下和不同尺寸孔径的ZnO微纳多孔有序薄膜对NO₂气敏性能的影响。结果表明,以500 nm聚苯乙烯（PS）球为模板制备的ZnO微纳多孔薄膜传感器,在0.35 mW/cm3紫外光照射下具有较高的灵敏度、较快的响应和恢复时间。随着紫外光强度的增强和孔径尺寸的增大,ZnO微纳多孔薄膜传感器的灵敏度降低;且在紫外光照射下ZnO微纳有序多孔薄膜对乙醇、甲醛、H₂S、SO₂和CH₄等气体具有很好的选择性。     

有机薄膜晶体管气体传感器的研究进展

重点介绍了电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室在国家自然科学基金资助下开展的有机薄膜晶体管（OTFT）气体传感器方面的研究进展。制备了酞菁铜（CuPc）薄膜为有源层的底栅底接触式结构的有机薄膜晶体管,对器件的制备工艺和结构参数进行了优化,研究了其对H₂S气体的敏感特性。同时制备了P3HT-ZnO纳米棒的复合薄膜、 P3HT单层薄膜、P3HT-MoS₂分层膜和复合膜的有机薄膜晶体管气体传感器,系统地分析了OTFT器件的电学性能和气敏特性。     

Adsorption behaviors of gas molecules on the surface of ZnO nanocrystals under UV irradiation

A UV-activated room temperature chemiresistive gas sensor based on ZnO nanocrystals film was fabricated. Its gas sensing properties under various conditions were also investigated in detail. The results shed new insight into the adsorption behaviors of gas molecules on the surface of Zn O nanocrystals under UV irradiation. The chemisorbed oxygen species(O_2~-(ads)(hv)) induced by UV light govern the adsorption and desorption ways of other gas molecules on the surface of ZnO nanocrystals, which is dependent on the electron affinity of gas molecules. Gas molecules with higher electron affinity than oxygen molecules can be adsorbed on the surface by the competitive adsorption way, extracting electrons from the surface. Gas molecules with lower electron affinity than oxygen molecules are attracted by the adsorbed O_2~-(ads)(hv)layer, releasing electrons to the surface. These processes can influence the gas sensing properties of the sensor. Our findings will pave the way for the fundamental understanding and design of UV-activated gas sensor in the future.     

气敏半导体薄膜内载流子浓度的研究

气敏半导体薄膜内的载流子浓度与薄膜表面吸附氧密度的关系,可以反映气敏薄膜的敏感性。本文采用刚性能带模型,计算了不同厚度的ZnO薄膜内载流子浓度与表面吸附氧密度的关系,并对结果进行了讨论。计算结果表明,适当选取薄膜的厚度等参数,可以得到高的气敏性。     

锡掺杂氧化锌薄膜乙醇气敏性的研究

以载玻片为基片,依次采用溶胶凝胶、浸渍提拉和热处理方法制备掺杂锡的氧化锌薄膜气敏材料.分别采用红外光谱对氧化锌溶胶体系进行表征;扫描电子显微镜(SEM)观察氧化锌薄膜的表面形貌;主要利用电化学工作站测量极限电流与乙醇气体浓度的关系,研究掺杂氧化锡的氧化锌薄膜在常温下的乙醇气敏性能.结果表明:所成溶胶体系稳定;10层锡掺杂氧化锌薄膜晶型较完整,排列有序,在常温条件下乙醇气体含量为0～500μL/L时,极限电流与气体浓度呈现较好的线性关系;在乙醇气体含量为500μL/L时,灵敏度可高达82.39.     

一种两级微桥结构快速测温微型传感器的研制

设计了一种新型薄膜热电阻温度传感器.传感器感温结构由基片（Si）/绝缘层（SiO₂）/感温部（Pt）组成,Pt薄膜片以悬空的微桥连接方式搭接在SiO₂片上,SiO₂片也以同样的方式搭接在Si片上,以此构成两级微桥机构.较之传统温度传感器,该感温部件采用悬空布置结构可使测温过程中的热损失大为减少,并能保证温度传感器热响应的线性度和可靠性. 通过ANSYS有限元软件仿真Pt薄膜片在不同厚度SiO₂片下的温度分布情况. 当SiO₂片厚度为2μm,该传感器热响应时间常数达到最小的10ms,与SiO₂片厚度为5μm 和10μm相比其时间常数减小了50%以上. 研究结果表明:在温度测量过程中,SiO₂片厚度对感温的Pt薄膜片热损失影响很大,在设计中应尽可能减小SiO₂片厚度.     

NiO功能化修饰ZnO纳米花对二甲苯的选择性检测

制备了一种负载NiO纳米粒子的ZnO纳米花杂化材料,并对其进行了XRD分析、形貌分析及气体传感性能测试。结果表明,表面负载的NiO纳米粒子调节了ZnO纳米花的导电通道;与纯ZnO材料相比,NiO负载量优化后的异质结气敏材料对二甲苯的响应值提高了3.3倍;传感器的选择性得到提高,响应时间缩短。从更广泛的角度提出了通过引入表面异质结构进行功能化修饰高性能半导体金属氧化物气体传感器的方法。