洪吉[1]2001年在《常温半导体氧传感器》文中研究指明本文回顾了半导体气体传感器的发展历程和研究现状，在综合了大量国内外最新研究情况后，提出了一种新型的二氧化锡半导体氧传感器，它能够在不加热的条件下，在室温下检测环境气体中的氧气浓度。实验选择了现在新兴的溶胶-凝胶法置备具有大比表面积和多活性位的超细SnO_2粉末来提高传感器的气敏特性，同时讨论了如何防止该方法中二氧化锡粉末的团聚，并且使用扫描电镜（SEM）分析等现代微观分析手段，了解了传感器表面的微观形貌和化学组成。我们分析了传感器的静、动态特性，包括：暂态响应特性、初始恢复特性、线性关系、重复性、长期稳定性，湿度特性，得到了较满意的结果。针对湿度对传感器有较大干扰的事实，本文使用新颖的表面修饰方法对传感器表面进行处理，获得了较为满意的结果。讨论了传感器的总体设计，包括确定传感器的几何结构、敏感物质的种类以及形成方式等，把它们作为一个整体进行综合考虑，使传感器能够达到优良的整体性能。最后针对本文研究中发现的一些问题，对传感器的进一步发展作出了展望。
洪敦华[2]2014年在《双钙钛矿LaBaCo_2O_(5+δ)薄膜的制备及其氧敏性质研究》文中研究说明随着科技的突飞猛进的发展,各种气体传感器应运而生,已广泛地用于检测与监控各种易燃易爆、有毒有害气体的泄漏以及空气污染的等。其中,氧敏传感器对航空航天、食品、酿酒、新药开发、汽车的空燃比调节以及尾气处理等领域的氧环境的评估与检测起到十分重要的作用。但是传统的以ZrO2、TiO2等为基础的氧传感器,难以满足现代高科技对传感器具有高灵敏度,高选择性,高稳定性,体积小、功耗低、易与集成电路兼容等特点的要求。因此,研究以新材料为基础的新型氧传感器对于现代高科技发展是很重要的。(LaBa)Co2O5+δ(LBCO)材料是一种具有双层钙钛矿结构的混合离子电子导体材料,在较宽的温度范围内对氧气具有很高的气体敏感性、选择性和稳定性,因此很有可能被应用于氧敏传感器中。但是由于制备大面积高质量LBCO薄膜成本太高从而限制了其应用。本论文采用一种经济的高分子辅助沉积法(PAD)在Si衬底的制备出择优取向的LBCO薄膜,并对该薄膜的电输运性质以及氧敏性质进行了研究。1.研究了高分子辅助沉积法Si衬底上制备LBCO薄膜的工艺,发现有在Si衬底上原位生长的SiO2缓冲层的Si基片更有利于LBCO薄膜生长。并以此方法在Si衬底上成功的制备了性能良好的LBCO薄膜。2.研究了LBCO薄膜的烧结工艺(不同的烧结温度以及不同的烧结时间)对LBCO薄膜的微结构,表面形貌,电化学性质,电输运性质以及氧敏性质的影响。1).XRD表明烧结温度大于700°C时薄膜开始形成晶体,而烧结温度大于1000°C,有杂相生成。2).从表面形貌可看出,烧结时保温时间越长,LBCO晶粒尺寸越均匀。3).电阻-温度曲线关系(电输运性质)研究表明只有烧结温度为900°C,150 min的薄膜在测试整个温度范围下电输运性质都满足小极化子的跳跃机制。4).LBCO薄膜的氧敏性质研究表明烧结条件为900°C,150 min的样品具有最佳的氧敏性质,其电阻变化率(Rhyd/Roxy)最大,响应时间最短。综上所述,烧结温度为900°C,烧结时间为150 min,是最佳的烧结条件,而且LBCO材料被制成薄膜后,其物理性能也得到了较大的提高。3.在LBCO薄膜材料的氧敏测试中,测试温度为400°C时,当气体从还原气体氢气(6%H2,94%N2)环境切换到纯氧环境时,最佳烧结条件的样品A900的对应的响应时间为1.9秒。表明相对于其他传统的氧敏材料如ZrO2,TiO2等,LBCO薄膜具有极好的气敏特性。通过多次循环测试,样品的气敏曲线没有明显的变化,说明LBCO薄膜的气敏特性具有较好的重复性和稳定性。4.最后,本论文对LBCO薄膜的氧气敏感机理进行了初步探讨。LBCO薄膜的氧敏性能是通过空穴(或者说小极化子)的电导来反映薄膜的氧敏性能,即由于LBCO薄膜的双层钙钛矿结构,在LaO层中存在大量氧空位,使氧离子运动的速度很快,氧空位随氧分压快速变化,对应的电子浓度也迅速变化,使主要载流子空穴(小极化子)浓度迅速变化而引起材料电阻率随氧分压变化而变化。总之,通过PAD方法在Si上制备了具有对较高氧敏性能的LBCO薄膜,并对其氧敏机制进行了相关研究和解释。本论文的工作有利于降低LBCO氧敏传感器的成本,并提高传感器性能。
杜立[3]2010年在《半导体氧敏元件工艺与特性研究》文中提出本文在研究了n型掺杂SrTiO_3氧敏材料敏感及导电机理的基础上,着重对SrTiO_3材料进行了La和Nb复合掺杂研究。通过实验设计得出了n型掺杂的最佳配方。分别以固相合成法和溶胶-凝胶法制备了n型掺杂SrTiO_3氧敏元件,比较分析了固相合成法和溶胶-凝胶法的优缺点;对所得的样品进行稳定性实验研究,考察了热处理对元件性能的影响;对部分样品进行了贵金属Pt的表面修饰,考察了贵金属催化对SrTiO_3氧敏材料响应速率的影响;此外,利用溶胶凝胶法考察了样品在中低温(400℃)下的敏感特性,并得到了最优掺杂配方时比较理想的灵敏度。利用X光衍射(XRD)和扫描电子显微分析(SEM)等现代分析手段对所制备的样品进行了表征。XRD图谱显示,固相合成法和溶胶-凝胶法制备的前驱粉体均形成了良好的钙钛矿结构;SEM图片显示,固相合成法所制备的样品表面呈多孔状,有利于气体分子的吸附,且材料的晶粒尺寸均匀,而溶胶—凝胶法制备的样品晶粒尺寸较大,且气孔少,团聚较为严重;SEM背散射电子图像表明,Pt均匀的分布于样品表面,且粒度均匀。
颜黄苹[4]2002年在《基于MEMS技术的氧气微传感器机理研究与设计》文中提出氧气传感器是气体传感器的主要分支之一。氧气传感器已广泛地应用于冶金、食品保鲜、医疗、生物、环保等领域。长期以来，各种氧气传感器的研究异常活跃。传统的氧检测方法能精确地分析氧的浓度，但其成本高、装置复杂、耗时长、使用和维修麻烦，不能满足实时监控或原位、在线测量的要求。大多数的光学氧气传感器灵敏度较低、稳定性较差。有些氧气传感器需要工作在高温下(500℃～600℃以上)，要实现室温测量较为困难。气体传感器的敏感性能一般与工作温度密切相关，MEMS技术很容易将气敏元件和加热元件、温度探测元件制作在一起，保证了气体传感器的优良性能。MEMS(Micro Electro-Mechanical System)技术的发展对于半导体气体传感器的微型化、集成化、智能化、多功能化，以及提高其选择性、可靠性和稳定性都有重要的意义。目前基于MEMS技术的氧气微传感器在IEEE的各种刊物上已有一些相关的报道。本文的主要研究工作如下： 1．以配位化合物的晶格结构理论为基础，对于二氧化锆立方固溶体结构进行分析，得出在二氧化锆中掺杂氧化钇，即钇稳定立方相二氧化锆(YSZ)，其具有一定的氧离子空位，从而具有离子导电性，并讨论了氧化钇掺杂浓度对YSZ电导率的影响。 2．以溶胶-凝胶(Sol-gel)理论为基础，制备钇稳定立方相二氧化锆(YSZ)溶胶-凝胶膜，并对不同的药品配比进行测试与比较。 3．提出平板电容式氧气传感器的初始模型，并对其工作机理进行探讨。实验结果表明，该敏感膜具有较好的气体选择性和测量重复性。 4．从传感器微型化方面考虑，结合MEMS技术和半导体工艺。设计MOS电容式氧气微传感器，并从半导体能带的角度出发，阐明其工作原理。 5．以MOS电容式氧气微传感器的分析为基础，设计MOSFET氧气微传感器结构，在器件中集成了加热元件和测温元件。并设计了MOSFET氧气微传感器、加热元件及测温元件的具体工艺流程和模版。仿真实验结果表明MOSFET氧气微传感器不仅具有一般MOSFET的典型特性曲线，并且单位面积电容值(2.0×10~(-7)pF/μm~2)的微小变化能转换为较明显的电压信号(ΔV_(T max)=8mV)。MOSFET氧气微传感器结构为今后进行MOSFET氧气微传感器设计提供一定的参考价值。
吴琼[5]1988年在《新型固体氧传感器》文中认为日本日立中央研究所在通产省的资助下,研究出一种新型FET(场效应晶体管)型固体氧传感器。该传感器的结构是在P型硅衬底上制作源极和漏极之后,淀积氧化硅和氮化硅绝缘层,再用溅射法形成氧化钇纯化的氧化锆薄(?),然后在其上制作极薄的铂栅电极而成的FET型固体氧传感器。该传感器是在常温下工作,它具有可测量溶解在水中等的氧的功能,同时还可以在半导体工业中应用。据称,该传感器的研制成功,为离子传感器
杜玉帅[6]2011年在《新型叁维敏感电阻式半导体气体传感器的研究》文中研究表明科技的进步推动了工农业的蓬勃发展。然而,现代工农业生产过程中排出的废气越来越多,其中有不少气体是有毒气体和可燃气体。在人类的生活中,煤气泄露、爆炸等事故频繁发生。所以,我们必须在危险发生前对这些气体作出快速准确的检测,并发出危险警报,这样才能确保人们的生命财产安全。气体传感器在人们生产和生活中发挥着重要的作用,随着其应用的日益广泛,人们对其性能要求也越来越高。针对气敏元件的响应时间较长和灵敏度不高的问题,论文对传统的气敏传感器结构进行了优化设计。论文在详细阐述了气敏传感器的分类与原理的基础上,根据MEMS技术,引入离散阵列的概念,提出了两种新型气体传感器结构模型。这两种结构中,敏感部分的主体结构分别是由离散半圆柱体阵列和梯形阵列组成,这些离散立体敏感阵列使气体传感器具有了叁维敏感特性,用扩散模型响应理论分析了敏感阵列对气体的响应,同时对设计器件的响应时间和灵敏度进行了分析比较。分析结果表明：离散半圆柱体敏感阵列结构器件和梯形阵列结构器件的响应时间性能和灵敏度都优于平面型敏感膜结构的传感器。离散半圆柱体阵列器件结构中,传感器的响应时间随着半圆柱体长度的增加而缩短,而灵敏度则随着半圆柱体长度的增加而减小。当半圆柱体的长度为扩散深度的2倍、3/2倍、1倍时,与传统平面连续敏感结构相比,它们的响应时间分别缩短了35%、28%、19%,同时它们的灵敏度分别为传统平面敏感结构灵敏度的2倍、7/3倍和3倍。梯形阵列器件结构中,传感器的响应速度和灵敏度都随着梯形上底长度的减小而提高,当梯形上底长度为扩散深度的1倍、3/4、1/2、1/3时,与传统平面敏感结构相比,它们的响应时间分别缩短了9%、13%、17%、19%,灵敏度也提高为传统结构灵敏度的1.2倍、1.24倍、1.28倍、1.31倍。当梯形上底长度减小为0时,它的响应速度和灵敏度提高最大,与传统平面敏感结构相比,其响应时间缩短了25%,灵敏度提高为传统平面结构的1.41倍。
郭萌[7]2005年在《电化学传感器的研究》文中提出本论文以电化学传感器为主要研究方向,涉及以下两方面研究内容:一、微型电化学式溶氧传感器在目前商用溶氧传感器的基础上,针对其体积大、成本高的缺点,我们研制出了一种价格低廉、操作简便、适用于实时实地监测、保存与维护方便、且易投入批量生产的微型化Clark型溶氧传感器,并测试了其主要性能。在自来水与3%的氯化钠溶液中、0到8ppm的溶解氧浓度范围内,本传感器具有良好的线性响应,误差不超过±0.4 ppm; 传感器响应电流为微安级,其变化与待测体系中的溶解氧浓度变化同步; 温度会对传感器的测量产生一定影响,但通过传感器在不同温度下的标定曲线可以给予校正。二、电解二氧化锰pH电极的研究本实验将廉价的二价锰盐作为原料,采用较为简便电沉积的方法制备二氧化锰pH电极,并对电极的pH响应性能进行研究。不同的电沉积条件下制备得到的pH电极的灵敏度有很大的差别。电极灵敏度的范围在53mV至73mV之间,其值随电沉积电流密度的增大而降低,随电沉积时间的增长而下降。随着电沉积条件的改变,二氧化锰颗粒的尺寸和形貌特征等也发生了很大的变化。在不同电沉积条件下得到的电极的响应时间基本相同,为3至6分钟。对于同一电极来说,在待测体系的酸度越高,电极响应越快。根据对前面实验结果的分析与讨论,我们提出了电解二氧化锰电极pH响应的可能机理。根据此机理,我们解释了前面实验中所遇到的一些问题。在含有Cl-、Br-这些还原性离子的体系中,电解二氧化锰具有良好的抗干扰能力。
蔡晔, 葛忠华, 陈银飞[8]1997年在《金属氧化物半导体气敏传感器的研究和开发进展》文中研究表明综述了近期国内外金属氧化物半导体气教传感器的研究和开发进展；阐述了半导体气敏材料的气敏作用及机理；展望了今后半导体气敏传感器技术的发展趋向。
马健[9]2016年在《氧化物半导体的微观形貌调控及其传感/光电特性研究》文中提出环境污染和能源短缺是制约我国社会经济发展的两大瓶颈问题。近年来我国频发的灰霾污染天气已经严重地影响了人们的日常生活和身体健康,需要从源头上加以治理。灰霾形成的主要原因之一是燃烧排气中的氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)和挥发性有机物(VOCs)等气体在大气环境中经过大气反应形成固体颗粒,因此,实时监控发生源中污染气体浓度以及实时快速监测大气中污染气体浓度,对于大气污染治理和预报具有重要意义。气体传感器在污染源监控和大气环境监测两个方面都有巨大的应用潜力,尤其是基于氧化物半导体的气体传感器具有高灵敏、选择性可调、高可靠、全固态、小型和廉价的优点,是目前气体传感器领域的研究热点,特别是氧化物半导体纳米结构的微观结构/形貌与传感特性密切相关。另一方面,作为化石能源的替代能源和清洁能源,太阳能电池的研究备受关注,在各种原理的太阳能电池中,染料敏化太阳能电池(DSSC)由于具有理论效率高、工艺简单、环境友好和成本低等优点,也成为光伏研究领域的热点之一。在DSSC中,作为光阳极的氧化物半导体,其微观结构/形貌影响其光电转化效率。因此,本论文聚焦氧化物半导体纳米结构,通过实现纳米材料的可控制备,系统的研究了氧化物半导体材料的传感/光电特性。本文采用水热合成法和静电纺丝法,制备了棒束自组装花球结构α-Fe_2O_3与Co掺杂的In_2O_3纳米纤维,并研究了这些纳米结构的气体传感特性;利用水热合成法制备了花球状TiO_2,并研究了其作为DSSC光阳极的光电特性。具体的研究内容如下:(1)采用水热合成法制备了具有棒束自组装花球结构的α-Fe_2O_3,并评价了其气敏特性:以Fe Cl3·6H2O为铁源、聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,水热120℃12小时,最后在600℃下烧结2小时得到了具有棒束自组装花球结构的α-Fe_2O_3。用所制备的材料制作烧结型管式气体传感器,烧结条件为400℃、2小时。评价结果表明基于棒束自组装花球结构的α-Fe_2O_3的传感器检测丙酮的最佳工作温度为200℃,对80 ppm丙酮气体的灵敏度为11.3,与商用α-Fe_2O_3粉体材料相比灵敏度有明显提高。(2)利用静电纺丝法制备了Co掺杂的In_2O_3纳米纤维,并表征了气敏特性:以硝酸铟为铟源、PVP、DMF为溶剂、乙酸钴为掺杂剂配制静电纺丝前驱液,在16-22k V的电压下,制备了Co掺杂量不同的纳米纤维前驱体,经过500℃高温煅烧,得到Co掺杂量不同的In_2O_3纳米纤维。气敏特性的测试结果表明,当Co的掺杂量为3%时,所制备的传感器对丙酮的灵敏度最高,且在最佳工作温度350℃时,对100 ppm丙酮气体的灵敏度为30。(3)采用水热合成法制备了具有花球状结构的TiO_2,并作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料,研究了其对DSSC光电转换效率的影响:以钛酸四正丁酯为钛源、异丙醇为溶剂、二乙撑叁胺为表面活性剂,在200℃、24小时条件下进行水热处理,最后在450℃下烧结2小时得到具有花球状结构的TiO_2。将其作为DSSC光阳极材料,与市售的P25(一种TiO_2纳米颗粒)相比,DSSC的光电转换效率有显着提高。
倪沁颜[10]2005年在《基于荧光猝灭机理的光纤化学氧传感器》文中提出本文着重研制一种基于荧光猝灭原理,能对溶解氧浓度进行实时在线测定的光纤氧传感器。全文共分为四部分:论文第一部分为文献综述。主要对测定氧浓度的几种方法进行了总结及对氧传感器的研究现状进行了评述,对其中的光纤化学传感器法进行了较为详细的介绍,并总结了几种常用于光纤化学氧传感器的载体。最后提出了本课题研究的意义、目的和研究的主要内容。论文的第二部分为方法原理。着重介绍了荧光产生和猝灭的原理及多孔塑料光纤探头的原理。同时对多孔塑料光纤探头制备的工艺流程也作了详细描述。论文的第叁部分为多孔塑料光纤氧传感探头的研究。本章应用甲基丙烯酸四氟丙酯(TFPM)、甲基丙烯酸异丁酯(IBM)为单体,二甲基丙烯酸一缩二乙二醇酯(DGDA)为交联剂,采用交联共聚技术制备多孔塑料光纤氧传感探头,并将钌(Ⅱ)-叁-4,7-二苯基-1,10-邻菲咯啉高氯酸盐复合物固定于共聚体中。考查了参与聚合的各组分的类型和用量等参数对探头灵敏度的影响。并对传感探头的响应时间、泄漏、重现性、可逆性等响应性能指标进行了讨论。所研制的氧传感探头对溶解氧具有较好的响应,线性范围为0.56mg/L-10mg/L,检测限为0.15mg/L。论文的第四部分为甲基丙烯酸四氟丙酯为单体的氧传感膜的研究。本章以甲基丙烯酸四氟丙酯(TFPM)、甲基丙烯酸异丁酯(IBM)为混合单体,磷酸叁丁酯为增塑剂,钌(II)-叁-4,7-二苯基-1,10-邻菲咯啉高氯酸盐复合物为指示剂,通过一系列的优化实验制备了对溶解氧具有较高灵敏度的氧传感膜。并对传感膜的响应时间、泄漏、重现性、可逆性等响应性能指标进行了讨论。所研制的氧传感探头对溶解氧的线性范围为0.56mg/L-15mg/L,检测限为0.1mg/L。
参考文献：
[1]. 常温半导体氧传感器[D]. 洪吉. 浙江大学. 2001
[2]. 双钙钛矿LaBaCo_2O_(5+δ)薄膜的制备及其氧敏性质研究[D]. 洪敦华. 电子科技大学. 2014
[3]. 半导体氧敏元件工艺与特性研究[D]. 杜立. 西安电子科技大学. 2010
[4]. 基于MEMS技术的氧气微传感器机理研究与设计[D]. 颜黄苹. 厦门大学. 2002
[5]. 新型固体氧传感器[J]. 吴琼. 仪表材料. 1988
[6]. 新型叁维敏感电阻式半导体气体传感器的研究[D]. 杜玉帅. 西南交通大学. 2011
[7]. 电化学传感器的研究[D]. 郭萌. 天津大学. 2005
[8]. 金属氧化物半导体气敏传感器的研究和开发进展[J]. 蔡晔, 葛忠华, 陈银飞. 化工生产与技术. 1997
[9]. 氧化物半导体的微观形貌调控及其传感/光电特性研究[D]. 马健. 吉林大学. 2016
[10]. 基于荧光猝灭机理的光纤化学氧传感器[D]. 倪沁颜. 福州大学. 2005
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