金属氧化物气敏薄膜传感元器件研究
本文选题:薄膜元件 切入点:金属氧化物 出处:《山东大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:随着当前工业农业、信息科学、环境检测等技术的日益提高,气敏元件应用范围极广。我们已经不满足于现有气敏元件的综合性能,需要通过改善工艺或研制新型材料提高其综合性能以适应当前社会发展的巨大需求。目前流行于国内外的TGS元件存在诸多不足,例如:气敏层材料单一、只能进行手工操作,无法实现自动化集成化生产、灵敏度和功耗相对过高。这极大的限制对气敏元件的探索,因此必须对现有气敏元件技术进行改造。本论文研究目的在于为研制出响应时间快、长期稳定性好、成品率高的新型成熟元件提供可行性方案。本文提出了薄膜气敏元件光刻工艺的可行方案,并对助剥膜Al剥离剂方案和助剥膜ZnO剥离剂方案进行说明。详细描述了溅射过程机理,发现了溅射过程的有效区。通过对溅射离子碰撞衬底结合能Eact的估算,解释了 PAr*的存在和有关概念。并对金属氧化物气敏元器件的性能测试与结果分析。目的是为新一代气敏元件提供使用参数,同时为其他功能元件的研制提供参考。气敏元件气敏特性曲线说明两项与元件性能相关内容及元件的选择性与最佳工作温度;气敏元件的厚度效应说明其灵敏度、响应时间与气敏层厚度存在最佳关系;气敏元件的气敏特性与所测气体浓度存有关系,及浓度越高气敏特性越明显;气敏元件的掺杂量存在一个最优值使得其灵敏度最高;气敏元件的灵敏度虽随湿度变化较大,但采用相对湿度时其变化较小;通过实验测出气敏元件的温耗特性曲线,证明其与元件尺寸有关。测试结果证明新型薄膜元件各种性能均优于目前的流行商品TGS元件,其未来发展具有很大潜力。
[Abstract]:With the increasing development of industry and agriculture, information science, environmental detection and other technologies, gas sensors are widely used. We are no longer satisfied with the comprehensive performance of existing gas sensors. It is necessary to improve its comprehensive performance by improving the process or developing new materials to meet the great needs of the current social development. At present, there are many shortcomings in TGS components at home and abroad. For example, the gas sensing layer material is single and can only be operated manually. It is impossible to realize automatic integrated production, and the sensitivity and power consumption are relatively high. This greatly limits the exploration of gas sensors, so it is necessary to reform the existing gas sensor technology. The purpose of this paper is to develop a fast response time for the development of gas sensors. In this paper, a feasible scheme for lithography of thin film gas sensing elements is presented, which has good long-term stability and high yield. The scheme of Al peeling agent and ZnO peeling agent are described. The sputtering mechanism is described in detail, and the effective region of sputtering process is found. The binding energy Eact of sputtering ion colliding substrate is estimated. The existence and related concepts of Par * are explained, and the performance test and result analysis of metal oxide gas sensing components are given. The purpose of this paper is to provide operational parameters for the new generation of gas sensors. At the same time, it provides a reference for the development of other functional components. The gas sensing characteristic curve of the gas sensor shows the content related to the performance of the element, the selectivity and the optimum working temperature of the element, the thickness effect of the gas sensor, and the sensitivity of the gas sensor. There is an optimum relationship between the response time and the thickness of the gas sensing layer, the gas sensitivity of the gas sensor is related to the measured gas concentration, and the higher the gas concentration is, the more obvious the gas sensitivity is, and the doping content of the gas sensor has an optimal value to make it the most sensitive. The sensitivity of the gas sensor varies greatly with the humidity, but the change is small when the relative humidity is used. The temperature consumption characteristic curve of the gas sensor is measured by experiments. It is proved that it is related to the size of the element. The test results show that the new type of thin film element has better performance than the current popular commercial TGS elements, and its future development has great potential.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 任玉芳;希土元素在气敏半导体中的作用[J];传感器技术;1984年S1期
2 李标荣;气敏半导瓷及其敏感机理(下)[J];电子元件与材料;1991年02期
3 杨崇志,王力丁,李月,康昌鹤;用加热丝直接测量气敏电阻温度[J];吉林大学自然科学学报;1994年02期
4 寇云起,闫丽华,刘敏杰,顾惠敏;气敏技术进展和发展建议[J];黑龙江电子技术;1994年03期
5 刘文利,,李建明,吕红浪,裘南畹;金属氧化物半导体气敏特性研究(Ⅰ)实验研究(待续)[J];山东工业大学学报;1996年04期
6 田敬民,李守智;金属氧化物半导体气敏机理探析[J];西安理工大学学报;2002年02期
7 谢锋;影响气敏α-Fe_2O_3超细粒体粒度因素的研究[J];传感器技术;1999年05期
8 赵玛;吴占雷;韩周祥;魏剑英;张茹;;钙钛矿复合氧化物在气敏方面的研究进展[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2010年02期
9 ;低电阻气敏半导体元件[J];中国科学技术大学学报;1976年Z1期
10 程英芳;韩丽华;;气敏半导体元件的改进[J];仪器制造;1983年02期
相关会议论文 前10条
1 ;《郑州轻工业学院学报》(自然科学版)第15卷(2000年)总目录[A];第六届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2000年
2 翟佳丽;谢腾峰;王德军;;CdS/ZnO复合材料光电气敏性质[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
3 陈向东;蒋亚东;吴志明;李丹;;复合物气敏薄膜的优化设计[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
4 张琦;董永贵;盛国俊;;一种光催化TiO2膜的阻抗特性及应用[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
5 周泽义;盖良京;王德发;;化学转化柱法测定气体中的微痕量水分的气敏分析仪的研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
6 刘海波;李雪梅;徐宝琨;李熙;赵慕愚;;纳米晶α—Fe_2O_3材料气敏性质的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
7 沈文锋;赵岩;张彩碚;;喷墨打印次数对SnO_2气敏薄膜性能的影响[A];第八届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2004年
8 周爽;毛少瑜;谢兆雄;;锰酸钇及其掺杂物纳米颗粒的合成与气敏性质研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
9 曹丰;李东旭;管自生;;聚苯胺用于气敏传感器件的研究[A];2007年全国博士生学术论坛(材料科学与工程学科)论文集[C];2007年
10 孙冉;李方方;蒋亚琪;谢兆雄;;氧化锌在混合溶剂热条件下的合成、表征和气敏性质测试[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
相关重要报纸文章 前1条
1 湖北 朱少华;金龙CPT8A型自动抽油烟机工作原理及故障检修[N];电子报;2006年
相关博士学位论文 前10条
1 时长民;新型一氧化碳和二氧化碳敏感材料气敏机制的研究[D];山东大学;2015年
2 高拓宇;金属掺杂氧化锌基乙炔气体传感器的检测特性及气敏机理研究[D];重庆大学;2015年
3 王优;铁酸钕基微/纳结构的可控制备及其性能研究[D];北京科技大学;2016年
4 徐苓娜;多维度典型形貌纳米二氧化锡基烃类气体传感器的检测特性研究[D];重庆大学;2016年
5 文震;金属氧化物半导体纳米材料气敏传感性能及其自驱动系统的研究[D];浙江大学;2016年
6 邹爱玲;氧化锌微米线酒精气体传感器研究[D];大连理工大学;2016年
7 张剑;NiO基纳米复合材料缺陷和异质界面结构调控及其室温NO_2气敏机理研究[D];华中科技大学;2016年
8 王小风;氧化物纳米材料对CO_2及还原性气体的气敏性研究[D];山东大学;2014年
9 杨黎;金属氧化物半导体多孔膜材料气敏过程中的导电行为研究[D];华中科技大学;2013年
10 桂阳海;纳米ZnO基气敏元件制备及在易燃、易爆物检测中的应用研究[D];华中科技大学;2006年
相关硕士学位论文 前10条
1 刘凯华;纤维素基气敏导电复合材料的制备及其性能的研究[D];华南理工大学;2015年
2 施佳伟;一种液晶型酞菁锌的NO_2气敏性质[D];山东大学;2015年
3 张洁;多元异质结构复合材料的气敏及荧光特性研究[D];苏州大学;2015年
4 刘海燕;以Co_3O_4为基的异质结构的制备及其气敏性质的研究[D];北京化工大学;2015年
5 聂美香;新型敏感材料的设计合成及其在环保方向的应用研究[D];北京化工大学;2015年
6 宋宛臻;氧化铜复合材料的设计合成及NO_X气敏性研究[D];黑龙江大学;2015年
7 戚暨;苯胺原位聚合法制备气敏织物及其气体传感性能研究[D];东北大学;2013年
8 李亚南;金属氧化物温变气敏薄膜元件的研制[D];山东大学;2015年
9 陈秦川;本征及铂掺杂锐钛矿TiO_2检测SF_6分解特征气体气敏机理研究[D];重庆大学;2015年
10 位子涵;ZnO微结构的合成、改性及其气敏和光催化特性研究[D];太原理工大学;2016年
本文编号:1642871
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1642871.html