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(shí)針對(duì)該濕度傳感器存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法。 首先，使用摻雜濃度較低(p=8～15Ω·cm)、晶向?yàn)?100)的P型硅片，采用電化學(xué)陽(yáng)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(wú)水乙醇，電流密度為30mA/cm<'2>，氧化時(shí)間為10分鐘。利用掃描電鏡(SE

2、M)和原子力顯微鏡(AFM)對(duì)形成的多孔硅的表面形貌進(jìn)行了表征。 其次，利用多孔硅比表面積大，活性強(qiáng)，適宜用作敏感材料的特點(diǎn)，將其用于濕度敏感材料，進(jìn)行了濕度傳感器相關(guān)性能參數(shù)(靈敏度，響應(yīng)時(shí)間等)的測(cè)量。并且還對(duì)該濕度敏感元件的頻率特性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)試。 再次，為了改進(jìn)多孔硅濕度傳感器無(wú)法再生的缺點(diǎn)，首先引進(jìn)正溫度系數(shù)電阻(PTC)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)PTC熱敏元件的特性進(jìn)行了詳細(xì)的描述，重點(diǎn)研究了使用PTC加熱元件對(duì)多孔硅濕

3、度傳感器進(jìn)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(shí)間內(nèi)將整個(gè)器件的溫度升高到230℃，通過(guò)這種方法，使整個(gè)多孔硅完全解吸附僅僅需要3分鐘的時(shí)間，可恢復(fù)程度高達(dá)99％，解決了多孔硅作為傳感器的無(wú)法再生的問(wèn)題。該方法的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)就是PTC可以通過(guò)控制加熱電壓而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫，不需要額外的溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)器件的溫度，從而節(jié)約了成本。 最后，為了改進(jìn)多孔硅濕度傳感器的濕度響應(yīng)特性，以多孔硅為襯底，醋酸

4、鋅為前驅(qū)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(fù)合結(jié)構(gòu)，通過(guò)這種方法得到的氧化鋅比較均勻，對(duì)多孔硅是一種非常好的納米級(jí)別的修飾，提升了多孔硅濕度傳感器的靈敏度、降低了響應(yīng)時(shí)間。并且研究了形成納米氧化鋅的前驅(qū)體的濃度對(duì)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(fù)合材料的敏感特性和PTC加熱元件的溫度可控的優(yōu)點(diǎn)，制作成高溫條件下的氣體敏感元件，通過(guò)PTC加熱元件的加熱使整個(gè)器件處于高溫