氧化銦半導(dǎo)體氣敏傳感器的制備及其性能研究.pdf

1、納米金屬氧化物氣敏傳感器的研究一直是納米材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，目前大多數(shù)探測(cè)器對(duì)H2S的探測(cè)都停留在ppm量級(jí)上，更低濃度H2S的探測(cè)仍然是一個(gè)亟待解決的問題。本論文主要從In2O3納米材料的制備方法、表征手段、電學(xué)測(cè)試、光學(xué)測(cè)試以及氣敏測(cè)試等幾個(gè)方面進(jìn)行研究。主要內(nèi)容涉及純立方晶相In2O3(Cubic-type In2O3)、六方晶相與立方晶相混合相 In2O3(Cubic-type In2O3&Hexagonal-type In2O

2、3)和純六方晶相In2O3(Hexagonal-type In2O3)的合成方法、電學(xué)特性、光敏特性和對(duì)H2S的氣敏特性。論文的主要工作包括：
　　1.利用簡易溶劑熱方法得到了純立方晶相In2O3，并制作了基于該In2O3納米顆粒的氣敏傳感器。對(duì)該材料進(jìn)行了XRD、SEM、TEM表征以及電學(xué)測(cè)試、UV紫外測(cè)試以及氣敏測(cè)試。結(jié)果表明，該In2O3納米顆粒分散均勻，大小在20 nm~40 nm之間；In2O3顆粒之間的接觸為歐姆接觸，

3、且接觸良好；對(duì)UV極為敏感，在最大 UV輻照度值下，該傳感器的響應(yīng)倍數(shù)增加了5個(gè)數(shù)量級(jí)；該傳感器的最佳工作溫度為250 oC，在此溫度下對(duì)H2S的最低探測(cè)濃度為5 ppb。最后，對(duì)該傳感器的氣敏機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)討論。
　　2.利用簡單水熱法得到了純六方晶相In2O3，并制作了基于該In2O3納米材料的氣敏傳感器。對(duì)該材料進(jìn)行了XRD、SEM、TEM表征以及電學(xué)測(cè)試、UV紫外測(cè)試以及氣敏測(cè)試。結(jié)果表明該In2O3為不規(guī)則塊狀，塊狀表面

4、由緊密細(xì)小、排列整齊的In2O3納米顆粒構(gòu)成，顆粒大小為5 nm~10 nm；In2O3納米顆粒之間的接觸為歐姆接觸；該傳感器對(duì)UV敏感度低，在最大UV輻照度下，該傳感器的響應(yīng)倍數(shù)增加了13倍；在常溫下，該傳感器對(duì)H2S的最低探測(cè)濃度達(dá)到10 ppb。同時(shí)，該傳感器還具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。
　　3.利用制備出的前驅(qū)體InOOH找到了合成六方晶相與立方晶相混合相In2O3納米顆粒的物理處理過程：燒結(jié)溫度為550 oC，保溫時(shí)間為

5、120 min。再通過改變反應(yīng)物中硝酸銦與乙醇胺的比例，并通過不同的焙燒過程得到了三組不同晶相的In2O3納米顆粒。分別對(duì)這三組材料進(jìn)行了XRD、SEM表征以及氣敏測(cè)試。結(jié)果表明三組樣品表面均由大量納米顆粒組成，但六方晶相In2O3納米顆粒分散最均勻，且顆粒排列整齊、大小一致。對(duì)三組樣品制作的傳感器進(jìn)行的電學(xué)測(cè)結(jié)果表明，基于純立方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器導(dǎo)電性最好，基于二者混合相和純六方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器的導(dǎo)電

6、性基本相同。對(duì)三種樣品制作的傳感器進(jìn)行的氣敏測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于同一濃度的H2S來說，基于純立方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器響應(yīng)度居中，但響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間最長；基于二者混合相In2O3納米顆粒制作的傳感器響應(yīng)度最差，但響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間最短；基于純六方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器響應(yīng)度最高，且響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間居中。最終選擇基于純六方晶相In2O3納米顆粒制作的傳感器做深入研究。對(duì)該純六方晶相In2O3納米顆粒做了TEM分析