氧化物半导体气体传感器的热调制特征提取及VOCs分子识别研究
发布时间：2021-07-18 19:38
具有体积小、功耗低、灵敏度高、硅工艺兼容性好等优点的金属氧化物半导体（MOS）气体传感器已广泛地应用于军事、科研和国民经济的各个领域。然而MOS传感器选择性差是制约其应用的最大障碍,为解决这一问题,根据该类传感器在不同工作温度范围内对不同气体的的动态响应有一定差异的特性,本文试图对单个气体传感器进行变温下的热调制,通过解析单个传感器对不同气体分子的热调制信号,结合快速发展的人工智能算法,来提取出气体分子的更多特征,大幅提升单个气体传感器的识别能力,并开发出基于热调制的智能气体分子识别原型器件。具体的研究成果与创新点如下:1.通过提取单个p型NiO传感器热调制信号的特征来识别多种挥发性有机化合物（VOCs）气体分子。利用细菌纤维素（BC）模板法合成了 p型NiO纳米颗粒。研究了阶梯波形热调制下NiO传感器对5种VOCs的瞬态响应特性。提出了一种信号预处理方法来逐步去除与气体分子种类无关的特征。首先,传感器热调制信号包括了传感通道（通常为本征/轻掺半导体）本身随温度的变化,而这部分电响应信号显然与吸附气体分子同传感器表面的电荷交换无关。将原始电信号转变为灵敏度响应信号（相同温度变化剖面下的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＭＯＳ电阻式传感器的器件结构［３３］
?第１章绪论???阻行为。当切换到测试气体环境时，电阻从空气中的一个值札降低到一个固定??值ｉ？ｇ，而在切换回来时，电阻又回到札。气敏响应与恢复时间是根据电阻变化??至９０％所需的时间（ｔｒ）来表示的。根据经验，气体响应被定义为札与＆的比??值（表１．１?）。例如对于氧化性气体，如果ＭＯＳ为ｎ型，则气体响应定义为凡。??（ａ）?ｇ?Ｏｎ?Ｏｆｆ??ｇ?Ｒａ?ｉ?冬??ｃ?｛?????？宫?１?Ｘ??＾?！?｜?ｙ／?丁９０。／。Ｒｅｃ??ｔ?ｊ＼?＾９０％?Ｒｅｓ?Ｊ?／??１?Ｒｇ?／???？?Ｅｌａｓｐｅ?ｏｆ?ｔｉｍｅ??（ｂ）??５．０?＿?Ｒａ???不???ａ?４．５?■?ｉ〇ｇ?Ｒａ／Ｒｇ??ｌ４．〇．??３．５－??ｉ?ｉ?ｉ??１?２?３??ｌｏｇ?（Ｐｇ／１０＇６ａｔｍ）??图１．２瞬态响应与恢复［３３］。（ａ）当通入与关闭空气中测试气体时。（ｂ）电阻／？ｇ与气体分压??Ｐｇ在对数尺度（幂次定律）上呈线性相关关系。??如图１．２?（ｂ）所示，电阻／？ｇ与目标气体分压尸ｇ在对数尺度上呈线性相关??关系（／？５?＝?ｃＰ／），其中ａ和ｃ是幂次法则的幂次和系数［３４］。因此，气敏响应??也遵循幂次法则，对还原性气体为＝?ｃＰ／，氧化性气体为／？５／／？ａ?＝?ｃＰ／。??幂次〇ｔ几乎是固定的，主要取决于目标气体的种类。其对于许多易燃气体（Ｈ２，??ＣＯ等）大致等于０．５，对于Ｎ０２的值为１。值得注意的是，氧分压（户〇２）变化??时的ＭＯＳ电阻服从ａ等于０．５的幂方程，即化２?＝?ｃ＇ｇｆ。幂次的数值与目标??６??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于自适应温度调制模式的金属氧化物气体传感器[J]. 朱斌,殷晨波,张子立,杨柳. 南京工业大学学报(自然科学版). 2013(01)
[2]电阻式半导体气体传感器[J]. 张强,管自生. 仪表技术与传感器. 2006(07)
[3]金属氧化物气体传感器阵列的制备[J]. 李松,Martin Jaegle,Harald Boettner. 传感技术学报. 2005(01)
本文编号：3290231
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＭＯＳ电阻式传感器的器件结构［３３］
?第１章绪论???阻行为。当切换到测试气体环境时，电阻从空气中的一个值札降低到一个固定??值ｉ？ｇ，而在切换回来时，电阻又回到札。气敏响应与恢复时间是根据电阻变化??至９０％所需的时间（ｔｒ）来表示的。根据经验，气体响应被定义为札与＆的比??值（表１．１?）。例如对于氧化性气体，如果ＭＯＳ为ｎ型，则气体响应定义为凡。??（ａ）?ｇ?Ｏｎ?Ｏｆｆ??ｇ?Ｒａ?ｉ?冬??ｃ?｛?????？宫?１?Ｘ??＾?！?｜?ｙ／?丁９０。／。Ｒｅｃ??ｔ?ｊ＼?＾９０％?Ｒｅｓ?Ｊ?／??１?Ｒｇ?／???？?Ｅｌａｓｐｅ?ｏｆ?ｔｉｍｅ??（ｂ）??５．０?＿?Ｒａ???不???ａ?４．５?■?ｉ〇ｇ?Ｒａ／Ｒｇ??ｌ４．〇．??３．５－??ｉ?ｉ?ｉ??１?２?３??ｌｏｇ?（Ｐｇ／１０＇６ａｔｍ）??图１．２瞬态响应与恢复［３３］。（ａ）当通入与关闭空气中测试气体时。（ｂ）电阻／？ｇ与气体分压??Ｐｇ在对数尺度（幂次定律）上呈线性相关关系。??如图１．２?（ｂ）所示，电阻／？ｇ与目标气体分压尸ｇ在对数尺度上呈线性相关??关系（／？５?＝?ｃＰ／），其中ａ和ｃ是幂次法则的幂次和系数［３４］。因此，气敏响应??也遵循幂次法则，对还原性气体为＝?ｃＰ／，氧化性气体为／？５／／？ａ?＝?ｃＰ／。??幂次〇ｔ几乎是固定的，主要取决于目标气体的种类。其对于许多易燃气体（Ｈ２，??ＣＯ等）大致等于０．５，对于Ｎ０２的值为１。值得注意的是，氧分压（户〇２）变化??时的ＭＯＳ电阻服从ａ等于０．５的幂方程，即化２?＝?ｃ＇ｇｆ。幂次的数值与目标??６??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于自适应温度调制模式的金属氧化物气体传感器[J]. 朱斌,殷晨波,张子立,杨柳. 南京工业大学学报(自然科学版). 2013(01)
[2]电阻式半导体气体传感器[J]. 张强,管自生. 仪表技术与传感器. 2006(07)
[3]金属氧化物气体传感器阵列的制备[J]. 李松,Martin Jaegle,Harald Boettner. 传感技术学报. 2005(01)
本文编号：3290231
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