MFeO-,3-基半導(dǎo)體材料制備及氣敏性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展及廣大人們生活水平的提高，氣敏傳感器得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，半導(dǎo)體電阻式氣敏傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，成為研究的熱點(diǎn)。本研究分別采用無(wú)機(jī)鹽溶膠-凝膠法制備了MFeO3(M=Sm、La)薄膜，采用傳統(tǒng)工藝制備旁熱式燒結(jié)型元件。對(duì)制備過(guò)程和丙酮?dú)饷粜阅苓M(jìn)行了討論，揭示了組成-工藝-結(jié)構(gòu)-丙酮?dú)饷粜阅艿膬?nèi)在聯(lián)系，并對(duì)兩類結(jié)構(gòu)的氣敏性能做了比較。 以Sm(NO3)3·6H2O(La(NO3)3·6H2O)、

2、Fe(NO3)3·9H2O等無(wú)機(jī)鹽為原料，以檸檬酸為絡(luò)合劑，配制成濃度為0.3mol/L的前驅(qū)體溶膠，在Al2O3基片上經(jīng)過(guò)浸漬-提拉、干燥、預(yù)處理和燒結(jié)等過(guò)程制備了高質(zhì)量納米晶鈣鈦礦相MFeO3薄膜。用FT-IR吸收光譜分析了前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)，以TG-DSC分析討論了前驅(qū)體在燒結(jié)過(guò)程中的變化，用XRD分析了晶相，并用SEM表征了薄膜的表面形貌。分析了摻雜MFeO3薄膜的阻溫特性，呈現(xiàn)半導(dǎo)體氧化物的特征，根據(jù)曲線計(jì)算出材料的導(dǎo)電激活能，與理

3、論相符合。 MFeO3薄膜對(duì)低濃度丙酮?dú)怏w有良好的敏感性能：SmFeO3薄膜在測(cè)試溫度為450℃時(shí)，對(duì)30ppm丙酮?dú)怏w靈敏度達(dá)到20，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為15s和16s； LaFeO3薄膜的丙酮靈敏度比SmFeO3薄膜偏高，靈敏度達(dá)到22.5，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為30s和20s。從缺陷和載流子的性質(zhì)入手討論了MFeO3薄膜的導(dǎo)電機(jī)制和氣敏機(jī)理。深入研究了測(cè)試溫度、氣體濃度、摻雜和膜厚對(duì)材料性能的影響。針對(duì)燒結(jié)型傳感器

4、，系統(tǒng)研究了工作電壓、玻璃料添加劑，貴金屬Pt以及摻雜對(duì)元件電阻和氣敏性能的影響，獲得了氣敏元件最佳性能條件為：測(cè)試電壓為4.5V，摻入1mol％Pt的SmFeO3元件對(duì)10ppm丙酮?dú)怏w靈敏度達(dá)到3.2。 比較MFeO3薄膜和燒結(jié)型元件氣敏性能發(fā)現(xiàn)，薄膜材料由于高的表面活性和比表面積，對(duì)丙酮的靈敏度更大。考察了兩類材料的選擇性、穩(wěn)定性，并對(duì)MFeO3材料的氣敏機(jī)理進(jìn)行了探討。指出未來(lái)氣敏器件的發(fā)展方向?yàn)楸∧ば驮?。材料方面選擇