多孔硅薄膜濕度傳感器的研制.pdf

1、該文用摻雜度較高的(ρ=1.5×10<'-1>Ω cm或ρ=1.5×10<'-2>Ω cm)、取向?yàn)?111)的P型原始硅片水熱腐蝕制備了鐵鈍化多孔硅(iron-passivated poroussilicon,縮寫(xiě)IPS),采用磁控濺射真空鍍膜技術(shù)在IPS上鍍Al膜,然后進(jìn)行350℃退火處理,制成了IPS濕敏元件.另外,采用微乳-水熱法制備了純度高、粒徑均勻的Fe<3,>O<,4>納米粉,進(jìn)一步制備了IPS/Fe<,3>O<,4>復(fù)合

2、材料,并且制成了IPS/Fe<,3>O<,4>濕敏元件.研究了IPS和IPS/Fe<,3>O<,4>的表面形貌、結(jié)構(gòu),通過(guò)不斷優(yōu)化制備條件(如,原始硅片的參數(shù)、腐蝕液中HF酸濃度和Fe<'3+>濃度、水熱處理的溫度和時(shí)間等)找到了制備具有最佳表面形貌和最佳感濕性能IPS樣品的水熱腐蝕條件,并發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料IPS/Fe<,3>O<,4>繼承了IPS的形貌、結(jié)構(gòu)特點(diǎn).重點(diǎn)研究了以IPS為感濕材料制成的濕敏元件的感濕特性,并與傳統(tǒng)的電化學(xué)陽(yáng)極腐

3、蝕法制備的多孔硅(PS)的感濕性能進(jìn)行比較.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,IPS濕敏元件具有靈敏度高、響應(yīng)快、重復(fù)性好、感濕范圍寬的特點(diǎn).另外,研究了以IPS為模板材料的復(fù)合式濕敏材料IPS/Fe<,3>O<,4>的感濕性能,發(fā)現(xiàn)IPS/Fe<,3>O<,4>濕敏元件同樣具備IPS濕敏元件的特點(diǎn),并且其感濕特征量相對(duì)于IPS濕敏元件有了很大的提高.由此推斷,一方面,復(fù)合材料IPS/Fe<,3>O<,4>和IPS感濕性能的相似性在很大程度上取決于它們形貌

4、上的相似性,另一方面,納米Fe<,3>O<,4>的感濕性能在IPS這個(gè)模板材料上得以充分的發(fā)揮,這正是目前研究開(kāi)發(fā)新型的復(fù)合材料成為傳感器敏感材料研究的熱點(diǎn)之一的原因所在.探討了IPS濕敏元件的感濕機(jī)理,建立了濕敏電容感濕模型和濕敏元件的等效電路.從理論上分析了IPS濕敏元件的感濕特性,解釋并驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性和可靠性,為IPS濕敏元件用于檢測(cè)濕度的可行性提供了理論依據(jù).該實(shí)驗(yàn)制得的濕敏元件與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)元件相比,具有靈敏度高,響應(yīng)快