響應三甲胺[N(NH-,3-)-,3-]氣體TiO-,2-敏感材料低阻化研究及其應用.pdf

1、山東師范大學碩士學位論文響應三甲胺[N(NH)]氣體TiO敏感材料低阻化研究及其應用姓名：孫海波申請學位級別：碩士專業(yè)：微電子學與固體電子學指導教師：裴素華20040422摘要位，已被國外諸多實驗采用。但其化學結構和能帶結構呈現(xiàn)弱N型、寬帶隙、Ti外層電子不活潑等特點，致命地影響了其低阻半導化水平。本論文基于Ti02上述結構特點，在系統(tǒng)分析了國內外有關魚類鮮度檢測和Ti02基氣敏元件的基礎上，提出了通過材料預處理、重摻雜、長時效熱處理和

2、改變電極結構等方法來降低Ti02基敏感材料阻值、改善氣敏特性：詳細研究了各種方法對Ti02基敏感材料阻值Ra和靈敏度K的影響；并對Ti02基敏感材料響應TMA氣體的敏感機制、添加劑的催化機理進行了深入探索。本文主要有如下創(chuàng)新之處：1創(chuàng)新性地將Ti02超細粉在N2(600ml／min)氣氛下高溫退火(1050℃)6小時，由于嚴重的氧不足，增強了Ti02化學計量比的偏離和材料自身半導化效果，使材料由弱N型轉變成為強N型，使Ti02材料阻值從

3、108Q數(shù)量級降低到2～3107Q?？刂蒲趸锊牧匣瘜W計量比偏離，為改變材料電阻率提供了一種新方法，同時高溫處理也使Ti02完全轉變成為穩(wěn)定的金紅石晶型結構。2通過對Ti02進行摻雜來降低材料阻值是本文研究的主要內容。在金紅石結構的Ti02中，摻入重量比10％的Nb205、O5％的Sb203和2％的In，可以充分發(fā)揮添加劑的強催化作用，使Ti02陶瓷晶粒得到最佳半導化效果，使敏感器件在空氣中的阻值Ra降低到lOMQ以下，摻雜并在一定程度

4、上提高了器件靈敏度，響應TMA氣體的最低下限為lppm，達到了國外同類氣敏元件的較高水平。3實驗中打破了金屬氧化物不能長時間燒結的傳統(tǒng)技術理念，突破性地在800℃下對材料進行80～looh的長時效燒結熱處理，一方面提高了固體擴散均勻性和催化劑活性，使添加劑充分發(fā)揮強催化、強活化效果，另一方面促使Ti02中本征缺陷Ti3充分向Ti4轉化，提供更多電子，從而使阻值Ra降低到lMQ左右，并保持了高靈敏度，提高器件的可靠性，得出了一條創(chuàng)新性的工