多孔硅的濕度傳感特性研究.pdf

1、本論文的主要工作是利用制備形成的多孔硅作為濕度敏感材料，研究了多孔硅的濕度敏感特性，從不同的角度探索了提高多孔硅濕度傳感器性能的措施，同時針對該濕度傳感器存在的問題，提出了相應的改進方法。 首先，使用摻雜濃度較低(p=8～15Ω·cm)、晶向為(100)的P型硅片，采用電化學陽極氧化的方法制備了表面均勻的多孔硅，其腐蝕溶液為體積比為1∶1的氫氟酸和無水乙醇，電流密度為30mA/cm<'2>，氧化時間為10分鐘。利用掃描電鏡(SE

2、M)和原子力顯微鏡(AFM)對形成的多孔硅的表面形貌進行了表征。 其次，利用多孔硅比表面積大，活性強，適宜用作敏感材料的特點，將其用于濕度敏感材料，進行了濕度傳感器相關性能參數(靈敏度，響應時間等)的測量。并且還對該濕度敏感元件的頻率特性進行了簡單的測試。 再次，為了改進多孔硅濕度傳感器無法再生的缺點，首先引進正溫度系數電阻(PTC)，通過實驗對PTC熱敏元件的特性進行了詳細的描述，重點研究了使用PTC加熱元件對多孔硅濕

3、度傳感器進行升溫加熱的辦法，將PTC加熱元件粘貼于多孔硅傳感器的背面，能夠在較短的時間內將整個器件的溫度升高到230℃，通過這種方法，使整個多孔硅完全解吸附僅僅需要3分鐘的時間，可恢復程度高達99％，解決了多孔硅作為傳感器的無法再生的問題。該方法的一個很大的優(yōu)點就是PTC可以通過控制加熱電壓而實現自動控溫，不需要額外的溫度傳感器來監(jiān)測器件的溫度，從而節(jié)約了成本。 最后，為了改進多孔硅濕度傳感器的濕度響應特性，以多孔硅為襯底，醋酸

4、鋅為前驅體，采用溶膠-凝膠的方法，在退火溫度為450℃的條件下制成納米氧化鋅材料/多孔硅復合結構，通過這種方法得到的氧化鋅比較均勻，對多孔硅是一種非常好的納米級別的修飾，提升了多孔硅濕度傳感器的靈敏度、降低了響應時間。并且研究了形成納米氧化鋅的前驅體的濃度對多孔硅濕度傳感器性能的影響。另外，利用納米氧化鋅/多孔硅復合材料的敏感特性和PTC加熱元件的溫度可控的優(yōu)點，制作成高溫條件下的氣體敏感元件，通過PTC加熱元件的加熱使整個器件處于高溫