一维硅基阵列的有机复合改性与气体传感特性研究
发布时间：2022-01-06 16:38
硅纳米线是一种典型的一维硅基结构材料,利用金属辅助化学刻蚀（MACE）技术形成的硅纳米线具有高度定向性、高比表面积以及制备工艺与硅基半导体工艺高度兼容的特点,特别是其室温气体敏感特性使其在低功耗集成式气体传感器领域极具发展与应用前景。为了突破其室温灵敏度低的性能限制,表面改性处理被证明是一种有效途径。本论文以硅纳米线有机改性改善气体响应性能为研究目标,通过可控制备有机导电聚吡咯在有序硅纳米线表面的修饰/包覆复合结构,实现了基于有机-无机异质效应的硅纳米线基气体传感器气敏性能的显著提升,并通过建立相应的理论模型阐明了有机-无机复合改性结构的气敏机制。首先,发展了一种可以实现硅纳米线阵列有效微结构改性的双重MACE（dual-MACE）工艺,即基于MACE过程的副产物Ag实现硅纳米线阵列的二次MACE刻蚀,获得了一种结构稀疏、表面粗糙化的硅纳米线阵列。该dual-MACE工艺明显增大了硅纳米线与气体的接触表面并同时创造了高密度非稳表面态,提高了硅纳米线敏感元的气体吸附性能;同时,MACE二次刻蚀处理形成了稀疏化硅纳米线阵列,低的纳米线阵列密度利于进一步的表面改性处理和气体的内部扩散。其次,...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MACE过程中Ag产生机制示意图
第2章稀疏粗糙硅纳米线阵列的制备与气敏性能研究13图2-2气敏测试器件示意图2.4微结构改性的最佳参数探究对MACE制备的如图2-3（a）所示的覆盖有银树突的硅纳米线进行dual-MACE刻蚀，控制硝酸浓度为68%，并在室温下进行。图2-3（b-d）为二次刻蚀时间分别为10min、20min、30min的硅纳米线阵列的SEM图。图2-3不同二次刻蚀时间形成的硅纳米线阵列的SEM图像从图2-3（a）可以看出，一步MACE形成的硅纳米线阵列密度非常高，并且在范德瓦尔斯作用力下，纳米线之间相互靠近形成团簇结构，使得均匀的异质复合改性困难。从图2-3（b-d）可以看出，经过二次刻蚀后的硅纳米线顶端逐渐变尖，表面逐渐粗糙，随着二次刻蚀时间的延长，硅纳米线的阵列密度降低，纳米线间的间隙逐渐增大。10min和20min的二次刻蚀并没有明显降低纳米线长度，但是经过30min二次刻蚀的硅纳米线长度明显降低，会显著降低硅纳米线表面的有效的气体分子吸附位点数量，不利于材料气敏性能提升。刻蚀10min
第2章稀疏粗糙硅纳米线阵列的制备与气敏性能研究13图2-2气敏测试器件示意图2.4微结构改性的最佳参数探究对MACE制备的如图2-3（a）所示的覆盖有银树突的硅纳米线进行dual-MACE刻蚀，控制硝酸浓度为68%，并在室温下进行。图2-3（b-d）为二次刻蚀时间分别为10min、20min、30min的硅纳米线阵列的SEM图。图2-3不同二次刻蚀时间形成的硅纳米线阵列的SEM图像从图2-3（a）可以看出，一步MACE形成的硅纳米线阵列密度非常高，并且在范德瓦尔斯作用力下，纳米线之间相互靠近形成团簇结构，使得均匀的异质复合改性困难。从图2-3（b-d）可以看出，经过二次刻蚀后的硅纳米线顶端逐渐变尖，表面逐渐粗糙，随着二次刻蚀时间的延长，硅纳米线的阵列密度降低，纳米线间的间隙逐渐增大。10min和20min的二次刻蚀并没有明显降低纳米线长度，但是经过30min二次刻蚀的硅纳米线长度明显降低，会显著降低硅纳米线表面的有效的气体分子吸附位点数量，不利于材料气敏性能提升。刻蚀10min
【参考文献】：
期刊论文
[1]单晶硅各向异性湿法刻蚀的形貌控制[J]. 姚明秋,唐彬,苏伟. 光学精密工程. 2016(02)
[2]呼出气体中丙酮的检测在1型糖尿病中的临床应用[J]. 臧宁,徐邦牢,翁瑜君. 实用医学杂志. 2015(12)
[3]硅纳米线阵列电极作为细胞色素c传感器的研究[J]. 杨坤,陈欢,赵文超,王建涛,王辉,张晓宏. 影像科学与光化学. 2009(02)
博士论文
[1]金属氧化物半导体复合材料纳米结构的构筑及其气敏性能的研究[D]. 娄正.吉林大学 2014
本文编号：3572803
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MACE过程中Ag产生机制示意图
第2章稀疏粗糙硅纳米线阵列的制备与气敏性能研究13图2-2气敏测试器件示意图2.4微结构改性的最佳参数探究对MACE制备的如图2-3（a）所示的覆盖有银树突的硅纳米线进行dual-MACE刻蚀，控制硝酸浓度为68%，并在室温下进行。图2-3（b-d）为二次刻蚀时间分别为10min、20min、30min的硅纳米线阵列的SEM图。图2-3不同二次刻蚀时间形成的硅纳米线阵列的SEM图像从图2-3（a）可以看出，一步MACE形成的硅纳米线阵列密度非常高，并且在范德瓦尔斯作用力下，纳米线之间相互靠近形成团簇结构，使得均匀的异质复合改性困难。从图2-3（b-d）可以看出，经过二次刻蚀后的硅纳米线顶端逐渐变尖，表面逐渐粗糙，随着二次刻蚀时间的延长，硅纳米线的阵列密度降低，纳米线间的间隙逐渐增大。10min和20min的二次刻蚀并没有明显降低纳米线长度，但是经过30min二次刻蚀的硅纳米线长度明显降低，会显著降低硅纳米线表面的有效的气体分子吸附位点数量，不利于材料气敏性能提升。刻蚀10min
第2章稀疏粗糙硅纳米线阵列的制备与气敏性能研究13图2-2气敏测试器件示意图2.4微结构改性的最佳参数探究对MACE制备的如图2-3（a）所示的覆盖有银树突的硅纳米线进行dual-MACE刻蚀，控制硝酸浓度为68%，并在室温下进行。图2-3（b-d）为二次刻蚀时间分别为10min、20min、30min的硅纳米线阵列的SEM图。图2-3不同二次刻蚀时间形成的硅纳米线阵列的SEM图像从图2-3（a）可以看出，一步MACE形成的硅纳米线阵列密度非常高，并且在范德瓦尔斯作用力下，纳米线之间相互靠近形成团簇结构，使得均匀的异质复合改性困难。从图2-3（b-d）可以看出，经过二次刻蚀后的硅纳米线顶端逐渐变尖，表面逐渐粗糙，随着二次刻蚀时间的延长，硅纳米线的阵列密度降低，纳米线间的间隙逐渐增大。10min和20min的二次刻蚀并没有明显降低纳米线长度，但是经过30min二次刻蚀的硅纳米线长度明显降低，会显著降低硅纳米线表面的有效的气体分子吸附位点数量，不利于材料气敏性能提升。刻蚀10min
【参考文献】：
期刊论文
[1]单晶硅各向异性湿法刻蚀的形貌控制[J]. 姚明秋,唐彬,苏伟. 光学精密工程. 2016(02)
[2]呼出气体中丙酮的检测在1型糖尿病中的临床应用[J]. 臧宁,徐邦牢,翁瑜君. 实用医学杂志. 2015(12)
[3]硅纳米线阵列电极作为细胞色素c传感器的研究[J]. 杨坤,陈欢,赵文超,王建涛,王辉,张晓宏. 影像科学与光化学. 2009(02)
博士论文
[1]金属氧化物半导体复合材料纳米结构的构筑及其气敏性能的研究[D]. 娄正.吉林大学 2014
本文编号：3572803
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3572803.html
