WO_3/Si-NPA复合薄膜的电容湿度传感性能研究

制备了基于硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)的WO3/Si-NPA复合薄膜,并对其表面形貌进行了表征,研究了其电容湿度传感性能和基点电容的温度漂移。研究表明:WO3/Si-NPA继承了衬底Si-NPA规则的阵列结构的表面形貌特征,WO3的沉积形成了连续的WO3薄膜,WO3/Si-NPA是一种典型的纳米复合薄膜。室温下,WO3/Si-NPA的电容值随测试频率的增加而单调减小,但其灵敏度则在100 Hz时达到最大值。在此测试频率下,当环境的相对湿度从11%RH增加到95%RH时,元件的电容增量高达16 000%,显示WO3/Si-NPA对环境湿度有较高的灵敏度。同时,电容的湿度响应曲线显示出很好的线性。对其基点电容的温度稳定性研究表明:WO3/Si-NPA用作湿度传感的最佳工作温度区为15~50℃。     

退火对电容型硅纳米孔柱阵列湿度传感器性能的影响

基于硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)制备电容型湿度传感元件,并在250℃、450℃和550℃三个温度下对元件进行退火处理。测试数据显示,在测试温度低于550℃时,Si-NPA湿敏元件灵敏度随退火温度的升高而增大,但响应时间略微延长,湿滞回差略微增大;550℃退火后,元件的灵敏度急剧降低。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)对不同温度退火的硅纳米孔柱阵列表面形貌进行观察,发现550℃退火元件的微观多孔结构发生了明显变化,即多孔结构致密化。结果表明,通过合适温度退火可以显著提高Si-NPA湿敏元件灵敏度,同时仍然保持较快的响应速度和较小的湿滞回差。     

-Fe2O3/硅纳米孔柱阵列湿敏元件的 湿敏性能研究

利用匀胶旋涂技术,将微乳-水热法制备出的、粒径均匀可控的γ-Fe2O3纳米颗粒沉积在具有独特微纳双重结构的硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)基片上,制成γ-Fe2O3/Si-NPA湿度传感元件,并对其进行湿度感应测试结果发现,当环境相对湿度(RH)从11%升高到95%时,该元件的电容和电阻分别呈高灵敏度的单值增加和单值降低。在100 Hz的电流频率下,元件的高湿电容值升为低湿电容值的12 500%,低湿电阻值是高湿电阻值的51 515%。分析表明,微乳-水热法对γ-Fe2O3纳米颗粒尺寸的控制以及Si-NPA衬底的独特结构是提高元件灵敏度的主要原因。     

水热腐蚀铁钝化多孔硅的湿敏特性研究

采用水热腐蚀铁钝化法在单晶硅片上生长铁钝化多孔硅(IPS)薄膜,以IPS为感湿介质制成湿敏元件。在不同湿度环境以及测试频率下,测出其电容值,得到了IPS的湿敏特性曲线。研究发现,当相对湿度从11%RH逐渐增加到95%RH的过程中,在测试频率为100Hz时,IPS湿敏元件的电容值增大幅度达1500%,电容响应时间在升湿过程和脱湿过程分别为15s和5s,并且IPS湿敏元件的温度系数在15℃到35℃的范围内较小。结果表明:IPS湿敏元件的特性包括灵敏度、响应时间以及温度系数等均优于多孔硅(PS)湿敏元件的特性。     

基于石英玻璃基底湿敏元件的模型比较研究

对基于石英玻璃基底制备的TiO2-20%SnO2薄膜湿敏元件进行复阻抗分析,采用Origin7.5软件绘出不同湿度下的复阻抗图.在Zsimpwin软件环境下,利用3种不同的等效电路模型对该湿敏元件的复阻抗图进行拟合和误差分析比较.研究表明:引入Q元件的等效电路模型是合理的,该等效电路模型便于对薄膜离子的扩散与感湿机理进行分析.     

多孔Al_2O_3薄膜感湿材料的湿敏特性研究

通过对阳极氧化多孔Al2 O3 薄膜感湿材料的制备工艺及其电容湿敏特性进行研究 ,将阳极氧化参数对多孔Al2 O3 薄膜的结构和形态的影响与多孔Al2 O3 薄膜作为湿度传感器感湿材料的湿敏特性联系起来进行分析 ,为优化制备工艺参数提供更充分的实验数据 ,使新型多孔Al2 O3 薄膜湿度传感器具有更好的感湿特性。     

纳米ZrO2 基烧结型双敏元件的研究􀀂

纳米ZrO2作为一种新型的陶瓷材料已被应用于许多领域.本文主要介绍了低温强碱法制备纳米ZrO2材料,利用纳米ZrO2进行掺杂制作的元件有较好的气、湿敏特性.元件具有响应恢复快、结构简单等特点.作为湿敏元件时元件电容随湿度变化大,温度影响较小.作为电阻型气敏元件时,元件对NH3的选择性高.     

ZrO2:TiO2复合纳米纤维湿度传感器的直、交流特性研究

利用ZrO2:TiO2复合纳米纤维制作了特性良好的电容型湿度传感器.该湿敏元件在100 Hz测量频率下灵敏度较高,线性度较好.其电容值在11％ ～98％相对湿度范围内从20 pF变化到1.5×105 pF.文中从直流特性(伏安特性、极性反转瞬时性)和交流特性(复阻抗)的角度分析了该湿敏元件的感湿机理.利用瞬时直流极性反...     

复合钒钼酸干凝胶薄膜湿敏元件的复阻抗谱

采用溶胶凝胶法制备了复合钒钼酸H2V12-xMoxO31±y.nH2O(0≤x≤4.0)干凝胶薄膜湿敏元件,对其进行了复阻抗谱分析,结果表明:随着x的增加,对应的阻抗谱半圆的半径逐渐变大,x≥2.5时,电极表面接触部分在阻抗谱低频端开始体现,x=2.0时,阻抗值较大,且不受频率影响,元件性能较好;测试频率为1 kHz时,H2V8.5Mo3.5O32.nH2O干凝胶薄膜湿敏元件在全湿度范围内,其阻抗湿度曲线线性良好,灵敏度较高。     

磁控溅射纳米SnO_2薄膜的气敏特性

采用磁控溅射制备SnO2薄膜气敏元件,测试了气敏元件的性能,研究了SnO2薄膜气敏元件薄膜厚度、元件加热功率和环境温度和湿度对元件的影响,气敏元件具有很好的灵敏度和选择性特性,对其敏感机理进行了探讨。     

Structural and capacitive humidity sensing properties of nanocrystal magnetite/silicon nanoporous pillar array

A composite thin film was fabricated by coating nanocrystal magnetite (nc-Fe₃O₄) on silicon nanoporous pillar array (Si-NPA), which shows a regular hierarchical structure composed by the pillar array in micron dimension and the nanoporous structure in the film of Fe₃O₄. Capacitive humidity sensors were made based on nc-Fe₃O₄/Si-NPA and the corresponding sensing properties were investigated. The experimental results disclosed that nc-Fe₃O₄/Si-NPA sensor exhibits high sensitivity, strong output signal intensity, and short response times. These high performances of nc-Fe₃O₄/Si-NPA sensor are explained on the basis of the structural and compositional factors of nc-Fe₃O₄/Si-NPA.     

表面碳化的硅纳米孔柱阵列的H2S室温电容传感特性

通过将硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)进行高温碳化处理,制备出一种SiC/Si-NPA复合纳米体系。对SiC/Si-NPA的表面形貌和结构表征揭示,生长于Si-NPA上的SiC薄膜由具有立方结构的SiC纳米颗粒组成,厚度为～200 nm。SiC/Si-NPA整体上保持了Si-NPA原有的柱状阵列结构特征。对浓度介于0～1 200×10-6的H2S气体的室温传感性能测试表明,SiC/Si-NPA对H2S气体的电容响应灵敏度可高达790%,而其对400×10-6浓度H2S气体的响应和恢复时间则分别为170 s和200 s,元件具有较好的测量重复性和稳定性。SiC/Si-NPA可能是一种室温条件下较为理想的H2S气体传感材料。     

硅纳米孔柱阵列的酒敏特性研究

采用水热腐蚀技术制备了表面同时具有规则阵列结构和多孔结构的硅微米/纳米结构复合体系硅纳米孔柱阵列(S i-NPA),并测试了其电阻酒敏特性。结果表明:S i-NPA对酒精具有较高的灵敏度和较快的响应时间。S i-NPA良好的酒精敏感性能被归因于S i-NPA的表面结构,即高灵敏度来自于其巨大的比表面积对酒精分子的物理吸附,而快响应时间则来源于其表面规则的硅柱阵列为气体的传输提供有效的通道。S i-NPA独特的层次结构使其有可能在未来硅基薄膜传感器等方面得到应用。     

纳米碳化硅/硅纳米孔柱阵列湿敏性能研究

以硅纳米孔阵列(Si-NPA)为衬底,采用化学气相沉积法分别制备了SiC纳米颗粒/Si-NPA(nc-SiC/Si-NPA)和SiC纳米线/Si-NPA(nw-Si/Si-NPA)复合体系,并对其表面成分和形貌、室温湿敏性能进行了表征.实验结果表明,nc-SiC/Si-NPA和nw-SiC/Si-NPA均对水蒸气表现出...     

多孔Al2O3电容式湿度传感器 长期漂移的机理研究

本文通过对多孔Al_2O_3薄膜的显微结构形貌和晶相组成的跟踪检测,观察了多孔Al_2O_3薄膜几何结构和晶相的经时变化.对其原因进行了探讨,从而对多孔Al_2O_3电容式湿度传感器响应的长期漂移机理进行了详细讨论,并指出了克服或改善这类湿度传感器漂移的方向.     

Design and optimization of heating plate for metal oxide semiconductor gas sensor

A thin film was coated onto the top of the heating electrodes to reduce the power consumption and improve the uniformity of temperature distribution. Finite element simulation software COMSOL was used to simulate the effect of coating materials and dependence of thicknesses of the coating film on the power consumption of the heating plate. On the basis of simulation, the temperature distribution of different heating plates was measured using infrared thermography. Experiments have showed that the power consumption of the heating plate can be significantly reduced and the temperature uniformity is promoted with adding the coating film on the top of the heating electrodes. The response of the gas sensor based on PdO-WO₃ nanoparticles was characterized with analyte of acetone. It was found that the addition of the coating film could enhance the response to acetone. In addition, the response speed of sensors was investigated with coating films and the results indicated that with the coating film sensor response speed became faster.

     

A high-sensitivity polyimide capacitive relative humidity sensorfor monitoring anodically bonded hermetic micropackages

This paper presents the design, fabrication and complete characterization of a high-sensitivity polyimide-based humidity sensor for monitoring internal humidity level in anodically bonded hermetic micropackages. This capacitive sensor is 1 mm on a side and utilizes CU1512 polyimide film with a thickness in the range from 300 Å to 1200 Å sandwiched between two metal electrodes to sense moisture. The measured sensitivity for a sensor with a 1200-Å-thick film is 0.86 pF/%RH, and for a 300-Å-thick sensor is 3.4 pF/%RH. The sensor has been exposed to and survived a one-hour test at 400°C, which is the temperature typically used to perform anodic bonding. Measurements show a drift of less than 1% RH at 50% RH and 37°C for 48 h, and a hysteresis of <2% RH over a range from 30 to 70% RH for a 1200-Å-thick polyimide film sensor. The measured breakdown voltage of the sensor (1200 Å thick) exceeds 20 V and agrees well with other results     

基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究

介绍了一种新型柔性电容式湿度传感器.该柔性电容式湿度传感器采用液晶高分子聚合物(LCP)作为衬底,金属铜(Cu)作为叉指电极,聚酰亚胺(PI)作为湿度传感器的湿敏介质.LCP衬底的应用使得该传感器具有良好的柔性和可弯曲性.该柔性湿度传感器与传统硅基湿度传感器相比较具有成本低廉、结构简单、制作方便等优点.该柔性湿度传感器在25℃下的平均灵敏度为0.04%pF/%RH,最大回滞为±4.16%RH,其平均灵敏度在25℃~70℃范围内受温度影响较小.在25℃下其响应时间和恢复时间分别为36 s和39 s.该柔性湿度传感器可以应用于环境湿度检测、人工电子皮肤系统和可穿戴设备等领域.