納米氧化鋅制備、表征及微氣敏傳感器研究.pdf

1、本文研究了用溶膠—凝膠法(sol-gel)制備的納米氧化鋅和摻雜氧化鋅薄膜的電學(xué)、光學(xué)及紫外光照下的氣敏特性，用MEMs微加工工藝制作了ZnO基薄膜微結(jié)構(gòu)氣敏傳感器并進(jìn)行了測試；利用自制的高溫CVD系統(tǒng)，采用熱蒸發(fā)氧化法，制備了新型非化學(xué)計量比、樹枝狀納米氧化鋅結(jié)構(gòu)，對其成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，得到如下主要結(jié)論： 1.采用溶膠—凝膠法制備的ZnO薄膜，經(jīng)XRD、AFM分析觀察發(fā)現(xiàn)，薄膜由ZnO納米晶粒構(gòu)成，平均尺寸在30-40nm

2、。摻Al后的ZnO薄膜的晶粒尺寸減小，光學(xué)吸收曲線測試表明，吸收限發(fā)生藍(lán)移、能帶變寬。摻Al氧化鋅薄膜的電阻率隨著摻雜濃度的增大，先減小后增大，在摻雜量為0.8％(mol)時有極小值。 2.選擇CO、乙醇、CH4等還原性氣體，測試了ZnO及摻雜Al、Sn、Pd、Pt的ZnO薄膜在室溫紫外光照下的氣敏性能，發(fā)現(xiàn)紫外光照明顯提高了薄膜氣敏性能，對200ppm的CO，純納米ZnO薄膜靈敏度為3％，摻雜后靈敏度提高到10％左右，而無光照

3、條件下，薄膜對氣體沒有氣敏響應(yīng)。 3.利用MEMs工藝制作了ZnO基微結(jié)構(gòu)薄膜氣敏傳感器的，紫外光照下氣敏測試顯示，對于200ppm的CO氣體，氣體檢測靈敏度增大到20％。 4.未使用任何催化劑或添加劑成分，用熱蒸發(fā)Zn粉法制備出新型樹枝狀納米氧化鋅結(jié)構(gòu)。XRD、TEM和選區(qū)電子衍射(SAED)分析表明，產(chǎn)物為純六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，納米線沿六方結(jié)構(gòu)[001]方向生長。 5.EDS能譜分析表明，樹枝狀納米氧化鋅結(jié)構(gòu)成分

4、中Zn和O原子比偏離1：1，存在較多氧離子缺位，化學(xué)式應(yīng)寫作ZnOx(1＞x＞0.9)。光致熒光譜(PL)測試發(fā)現(xiàn)，除了在紫外區(qū)域380nm處的ZnO本征發(fā)光峰外，在500nm附近還存在較強(qiáng)的由O1-缺位帶來的發(fā)光峰。氧化鋅中氧缺位是提高氣敏傳感器檢測靈敏度的重要條件。 6.制備樹枝狀納米氧化鋅過程中，通過對不同生長階段的產(chǎn)物分析發(fā)現(xiàn)其生長分為兩個階段：首先生成鋅納米線主干，然后隨著氧化，從主干上生長出作為次級結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線