微結(jié)構(gòu)硅NH3傳感器的制備及特性研究.pdf

1、多孔硅（Porous Silicon，PS）是在硅基底上通過腐蝕形成的一種具有多孔性結(jié)構(gòu)的材料。多孔硅具有大的比表面積、高的表面化學(xué)活性和易于實(shí)現(xiàn)氣體分子吸附等優(yōu)點(diǎn)，因此以多孔硅為氣敏材料或襯底結(jié)構(gòu)的研究得到了廣泛關(guān)注。本文在多孔硅的研究基礎(chǔ)上，利用不同的硅刻蝕工藝設(shè)計(jì)并制備了一種新型的微結(jié)構(gòu)硅陣列（microstructure silicon array, MSSA）傳感結(jié)構(gòu)，并基于此結(jié)構(gòu)制備了兩種具有不同敏感薄膜的新型微結(jié)構(gòu)硅氨氣（

2、NH3）傳感器。研究主要內(nèi)容歸納如下：
　　利用堿法刻蝕工藝制備了MSSA傳感結(jié)構(gòu)，采用原位自組裝工藝在MSSA上沉積了聚苯胺（PANI）敏感薄膜，并在薄膜上蒸鍍金叉指電極，完成了PANI/MSSA薄膜傳感器的制備。室溫條件下，對比研究了不同堿法刻蝕時(shí)間（0min，2min，4min和6min）引起的微結(jié)構(gòu)硅的不同高度對傳感器NH3敏感性能的影響，優(yōu)化了工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與基于平面硅基的PANI/Si薄膜傳感器相比，PANI

3、/MSSA薄膜傳感器顯示出更佳的NH3敏特性；堿法刻蝕時(shí)間為4min，微結(jié)構(gòu)硅高度為400.7nm時(shí)的PANI/MSSA薄膜傳感器響應(yīng)最大，靈敏度最高，且重復(fù)性及選擇性良好。形貌分析發(fā)現(xiàn)， PANI敏感膜呈現(xiàn)納米棒網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且高度為400.7nm的MSSA表面PANI薄膜生長地更均勻、致密。分析認(rèn)為高度400.7nm的微結(jié)構(gòu)硅圓包結(jié)構(gòu)更有利于薄膜的生長。結(jié)合能級理論分析了PANI/MSSA薄膜傳感器的敏感機(jī)理并建立了機(jī)理模型。
　

4、　基于反應(yīng)離子刻蝕（RIE）工藝及真空蒸發(fā)鍍膜工藝制備了新型并五苯（Pentacene）/MSSA薄膜傳感器，并初步研究了其NH3敏性能及氣敏機(jī)理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，刻蝕高度對器件性能具有顯著的影響作用，對1.5min、3min、4.5min和6min四組不同刻蝕時(shí)間下產(chǎn)生的不同微結(jié)構(gòu)硅高度的傳感器性能進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)刻蝕時(shí)間為4.5min，柱狀微結(jié)構(gòu)硅高度為684.8nm的器件具有最佳響應(yīng)特性，且重復(fù)性和選擇性良好。掃描電鏡（SEM）分析結(jié)果表