氧化镍薄膜气体传感器性能提升_李佳言

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4H-SiC衬底上高厚度SiO_(2)薄膜的高温性能研究

4H-SiC衬底上高厚度SiO_(2)薄膜的高温性能研究

4H-SiC衬底上高厚度SiO_(2)薄膜的高温性能研究
杨荣森;杜玉玲
【期刊名称】《信息记录材料》
【年(卷),期】2024(25)1
【摘要】采用等离子体增强化学的气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)工艺在厚度370μm的4H-SiC衬底上生长厚度2μm 的SiO_(2)薄膜样品,将样品在大气环境下分别经600℃、700℃、800℃和900℃高温处理1 h,从而研究分析SiO_(2)薄膜高温性能变化机制。

研究表明,随着处理温度的提高,SiO_(2)薄膜的晶体形貌由混合的准晶体向单晶转变,薄膜致密性变好。

SiO_(2)薄膜样品的处理条件为环境温度800℃、处理时间1 h时,其薄膜断面非晶态较少,中心应力最小,折射率最大,致密性最好。

随着温度持续升高,SiO_(2)薄膜的非晶态增多,并出现大量的颗粒聚集,中心应力逐步增大,折射率和致密性稍有降低。

【总页数】3页(P4-6)
【作者】杨荣森;杜玉玲
【作者单位】毕节市大数据产业发展中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ32
【相关文献】
1.衬底温度对掺锆酸钡高温超导YBCO薄膜结构和超导电性能的影响
2.圆柱形衬底上高质量金刚石薄膜制备工艺研究
3.高温超导薄膜衬底材料-SrTiO3双晶的研究
4.Mo衬底厚度对Ni-Mn-Ga形状记忆合金薄膜形貌及磁性能的影响
5.厚度对Si 衬底上生长的ZnO薄膜性能的影响(英文)
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紫外光辅助化学汽相沉积在InSb焦平面探测器中的应用

紫外光辅助化学汽相沉积在InSb焦平面探测器中的应用

: 00 .9
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实验选用sH和NO iI 混合气体 淀积S ,其化学反应式 : i 薄膜 O
sH + N O SO + N f+ H i l 2 2 : 2 2 2 i T 式 中u 是波长 为2 3 n 的低I H 灯辐射紫外 光( 占9 %) v 5. m 7  ̄ g , 约 5 。由 于低压 汞灯 中1 5 m 8 n 波长 光 的能量 很弱 ,所 以高 效率 分解不 能 采用 N 0。将 少量 的H 蒸气 引入 化学反 应 中 , 5 . m g 2 3 n 的紫 外光很 容易被 7 基态H 原子 共振吸收 ,发生 间接光解 并合成新 的化合物 。H 蒸气称 g g 作 光敏化剂 ,可以使膜层的沉积速 率明显增大 。S , i 薄膜沉 积过程如 O 下 :将 装有芯 片 的反应室 抽至 一定 的真空 ,同时 衬底加 热到 设定温 度 。向反应室通入反应气体 并调节压力 ,当温度 、 量 、压力等稳定 流
。=
袁 1S i 膜厚 和平均腐蚀速 率 O
从表 l 可以看到 ,U C D V V 沉积 的S 。 i 膜层生 长速 率比较稳定 。通 O
过用缓 冲氢 氟酸腐蚀SO膜 ,发现 膜层较 致密 ,质量较好 。 i。
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1O 2 10 4
红 外辐射 入射到N n b 底上被吸 收并激发 出载流子对 ,其 中 型lS 衬 在距 P 结 一个扩 散长度 内产生 的光生少 子 ,可 以扩散 到结 区边 界 —N 然后被 结的内建 电场扫过结 区,形 成光电流 。入射辐射入射 到晶片表 面 时 ,其反射率为 : 尼: 竺 二 (0 s F +n ) / 对于IS , 似等于 4 H 等于 l , 等于0 6。可见 对于折 nb n 近 ,。 时 . 3 射 ,较高的半导体 ( l S ),有很 大一部分入射辐射被反 射掉。为  ̄l b l n 了减少入射辐射 的反射 损失 ,提高量子效率 ,芯 片的表面必须沉积一 层折射 率为 的减反层 ( 叫增透 层 ),对于波长 的入射 光 ,减反 或 层 的厚 度为 d, 、 d和 应满足 :

溅射气压对HfO2薄膜结构和光学性能的影响

溅射气压对HfO2薄膜结构和光学性能的影响
摘要 HfO2 薄膜的结构和光学性能与反应溅射时使 用 的 气 压 有 很 强 的 依 赖 关 系。 薄 膜 的 晶 粒 生 长 取 向、生 长速率和折射率明显受溅射气压的影响。所 有 的 薄 膜 均 为 单 斜 相,晶 粒 尺 寸 在 纳 米 量 级。 薄 膜 的 折 射 率 在 1.92~ 2.08范围内变化,透过率大于85%。结果表明,这些 HfO2 薄 膜 很 适 宜 用 作 增 透 膜 或 者 高 反 膜。 此 外,通 过 Tauc公 式推出光学带隙在5.150~5.433eV 范围内变化,表明样品是良好的绝缘体。
众所周知,薄膜 的 光 学 性 能 受 很 多 因 素 的 影 响,如 结 晶 态、微结构、整 体 的 化 学 配 比、键 态、形 貌、污 染、缺 陷 密 度 等 。 [8] 这些因素 与 薄 膜 的 沉 积 过 程 息 息 相 关。 溅 射 法 是 一 种成本低、参数可 调 易 控 的 薄 膜 沉 积 技 术,并 被 许 多 工 作 采
通过 测 量 椭 偏 数 据 (SE,Horiba Jobin Yvon,MM-16)
* 国 家 自 然 科 学 基 金 (10776010);表 面 工 程 技 术 国 家 级 重 点 实 验 室 基 金 (9140C5401010801) 马 紫 微 :博 士 ,研 究 方 向 为 新 型 功 能 材 料 E-mail:mazw06@gmail.com 谢 二 庆 :通 讯 作 者 E-mail:lzuxiegroup@gmail.com
图 1 不 同 气 压 下 生 长 速 率 的 变 化 Fig.1 The curve of growth rate versus the sputtering pressure
ARTICLE · JANUARY 2012

Al2O3(Pt)修饰SnO2气体传感器的气敏性能

Al2O3(Pt)修饰SnO2气体传感器的气敏性能
维普资讯
Hale Waihona Puke 第 1 2卷第 2期
20 0 7年 4月
哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报 J OURN AL HARB N UNI I V.S I C .& T H. EC
Vo . 2 No 2 11 . Ap . 00 r ,2 7
A2 3 P ) 饰 S O lO ( t 修 n 2气体 传 感 器 的气 敏 性 能
b d a nh s e .B s gh ae —tp t c r , 1 3 P)onme t gS O u l —d c e baegs oyw ss tei d yu i et y z n r y es u t e A 2 ( t ra ni n 2o be ekm m rn a r u O n d
应, 越容易 获得灵 敏 度 高 、 择 性 好 的气敏 元 件 . 选 由
提高 SO 气体 灵敏 度 的主 要 途径 . n: 研究 表 明 , 相对 于传统 S O 材 料 ,n : 米 颗 粒 等 各 种 纳 米 结构 n: SO 纳 S O 材 料 的气 体敏 感性 具 有灵 敏 度 高 、 择 性和稳 n: 选
g o ee t i n ih r s n iiiy t t n e p c al e h o sse c s5 × 1 o d s lc i t a d h g e e stvt o meha e, s e ily wh n t e c n itn y i vy 0一 , i e st iy c n t s n i vt a s i r a h t r h n 5. e c o mo e ta
童利苹 , 施云波 , 殷景华
( 尔滨理工 大学 应用科学学 院, 哈 黑龙江 哈尔滨 10 8 ) 5 0 0

基于氧化镓纳米线阵列的气体探测器研究

基于氧化镓纳米线阵列的气体探测器研究
第3 3 卷第1 期
2 0 1 4年 2月
电 子
显 微
学 报
Vo 1 . 33. No .1 2 01 4- 02
J o u r n a l o f C h i n e s e E l e c t r o n Mi c r o s c o p y S o c i e t y
= y=9 0 。 , =1 0 3 . 7 。 , 是1 0 0 0℃ 以 上 唯 一 稳 定 的 G a的氧 化物 。氧 化 镓 ( 8 . G a : 0 ) 是 一 种 透 明 的 宽
感 器方 面有 着非 常大 的潜 力 。F l e i s c h e r 等研 究 了氧
化镓薄膜在高 温下对 C H 气体 的检测效果。他们 发现在不同的温度区间, 器件对不 同气体 的检测能
力 不 同 。比如 , 在7 4 0 o C~7 8 0℃ 的温 度 区 间 , 几 乎 检 测不 到 C O和 H 气体 , 但 是 对 于体 积 分 数 0 . 5 %
中图分类号 : T B 3 8 3 ; T P 2 1 2 ; 0 6 1 2 . 3 ; T G 1 1 5 . 2 1 5 . 3 文献标识码 : A d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . 1 0 0 0 62 - 8 1 . 2 0 1 4 . O 1 . 0 0 2
摘 要 :氧化镓材料 的电导在 高温( 4 0 0℃ 以上 ) 下随环境气氛显 著变化的 电学性质可 用于汽车尾 气成分的检 测。
相 比于薄膜材料 , 氧化镓纳 米线 阵列具有更 大的 比表 面 , 增加 了与待测 气体接 触面积 , 有 可能大幅提 高探 测 器的
灵敏度。本文直接 利用生长在衬底上 的图形化氧化 镓 纳米线 阵列制成 气体探测 元件 ,初步 分析 了纳米线 未掺 杂 和掺杂条件下其对还原性气体的浓度 变化 的响应 , 探讨 了反应过程的机理 , 为后续研 究打下 了基础。 关键词 : 氧化镓 纳米线 ; 掺杂; 高温 ; 还原性 气体

基于金属氧化物半导体材料的气体传感器

基于金属氧化物半导体材料的气体传感器

基于金属氧化物半导体材料的气体传感器气体传感器是一种能够检测周围环境中气体浓度、组成等参数并将其转化为电信号的设备。

在现代工业和生活中,气体传感器已经成为了必不可少的仪器设备之一,广泛应用于化工、环保、医疗、食品等领域,可见其在社会发展中的重要性。

作为气体传感器的核心部件,传感器材料的性能对整个传感器的性能具有重要影响。

金属氧化物半导体材料由于其材料稳定性、成本低廉、响应速度快、可重复性好等特点,已经逐渐成为半导体气体传感器中的主流材料,并且也日益成为了其他类型气体传感器的发展趋势。

金属氧化物半导体材料广泛存在于自然界中,通过控制工艺可以制备出多种不同的半导体材料,这些材料对于不同的气体具有不同的响应特性。

其中最常用的材料包括二氧化钛、氧化锌、氧化铟等。

在这些材料中,二氧化钛表现出色的气敏特性,可以对许多气体,如甲醛、CO等进行有效的检测。

金属氧化物半导体材料的气敏特性机制主要分为两种,一种是基于表面吸附机理,另一种是基于电极化学反应机制。

在表面吸附机理中,气体通过化学吸附到材料表面,改变了材料表面的电荷状态,从而导致电阻的变化。

在电极化学反应机制中,气体被氧化或还原在材料表面上,并导致电流随着气体浓度变化而变化。

金属氧化物半导体材料有着灵敏度高、响应速度快、稳定性好等特点,但仍然面临着许多挑战。

其中一个主要挑战就是如何提高其选择性。

由于金属氧化物半导体材料对不同的气体均表现出一定的响应,因此需要通过差分测量、交叉灵敏度修正等方式提高其选择性。

此外,金属氧化物半导体材料还面临着应用过程中对环境条件的敏感性、温度修正等问题。

为了解决上述问题,可将金属氧化物半导体材料与其他类型传感器技术组合起来。

例如,将金属氧化物半导体材料和表面等离子共振传感器技术组合,可以较为有效地提高传感器的选择性和灵敏度。

此外,还可以通过利用纳米材料、量子点等新型材料,进一步提高金属氧化物半导体材料的气敏性能。

综上所述,基于金属氧化物半导体材料的气体传感器已经成为了主流的半导体气体传感器材料,并具有灵敏度高、响应速度快、成本低等优点。

基于ESP32-S的小型智能气体识别系统设计

基于ESP32-S的小型智能气体识别系统设计

收 稿 日 期 ":"& :# !&,! 修 回 日 期 ":"& :' "($ 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目%("!3'!(3&,广 东 省 重 点 建 设 学 科 科 研 能 力 提 升 项 目 %":"!cRUB!!"&,深 圳 市 技 术 创 新 计 划 项 目
切实际的应用$ 围绕金属氧化物半导体传感器选择性差这一难题!研
究人员主要提出了三种策略$其中最直接的策略是通过优 化传感器的敏感材料)结构设计和测试方法!提高其对特 定气体的灵 敏 度 和 选 择 性! 实 现 所 谓 的 -一 对 一 . 的 传 感 测试功能 $ '#( 例 如! 通 过 选 择 不 同 的 金 属 氧 化 物 半 导 体 材 料!可以实 现 对 特 定 气 体 的 高 灵 敏 度 选 择 性 识 别$ 同 时! 通过改变传感器的结构和参数!如工作温度)尺寸和形状
基于 /.N0'-.的小型智能气体识别系统设计
刘弘禹!"& 李彦宽& 方晓东& 陈志超!"
%!Y 深圳大学 应用技术学院!广东 深圳!'!%:(:, "Y 深圳大学医学部 生物医学工程学院!广东 深圳!'!%:(:, &Y 深圳技术大学 新材料与新能源学院!广东 深圳!'!%!!%&
摘 要 智 能 气 体 识 别 系 统 主 要 包 括 硬 件 电 路 )用 户 界 面 ) 信 号 处 理 和 深 度 神 经 网 络 模 型 各 模 块 , 其 采 用 VBC&"0B 作 为 主 控 芯 片 !设 计 硬 件 电 路 对 金 属 氧 化 物 半 导 体 气 体 传 感 器 加 热 端 电 压 动 态 调 制 ! 实 验 选 择 调 制 传 感 器 温 度 范 围 为 !':!"': e ! 对 应 调 制 电 压 范 围"Y'!&Y%a,以":`I的 频 率 采 集 热 调 制 下 的 传 感 器 特 性 变 化 曲 线 !通 过 信 号 传 输 功 能 传 递 至 上 位 机 !将 所 得 热 调 制 响 应 信 号 经 信 号 处 理 特 征 提 取 后 喂 入 自 行 搭 建 的Q0'f'0"f"0"::0"::0C 结 构 卷 积 神 经 网 络 训 练 构 建 模 型 !使 用 训 练 后 深 度 神 经 网 络 模 型 前 向 传 播 实 现 对 目 标 气 体 的 快 速 识 别 检 测 ,在 静 态 气 敏 测 试 平 台 中 的 测 试 结 果 显 示 ! 该 系 统 能 有 效 实 现 对 多 种 类 a71 气 体 的 识 别 功 能 !对 乙 醇 )丙 酮 和 异 丙 醇 的#"种 测 试 气 氛 的 识 别 准 确 率 达 到!::] $

气体流量对磁控溅射制备ZnO薄膜沉积速率以及阻隔能力的影响

气体流量对磁控溅射制备ZnO薄膜沉积速率以及阻隔能力的影响

DOI:10.19392/ki.1671-7341.201815115气体流量对磁控溅射制备ZnO 薄膜沉积速率以及阻隔能力的影响王超楠1,2㊀杨㊀林1㊀鲁㊀听2㊀黄保进1㊀江志明11.贵州民族大学材料科学与工程学院㊀贵州贵阳㊀550025;2.宁波华丰包装科技有限公司㊀浙江宁波㊀315480摘㊀要:采用射频磁控溅射技术,以氧化锌(ZnO )为靶材,在PET 塑料表面沉积制备了氧化锌薄膜包装材料,研究了氩气(Ar )流量对所制备的ZnO 薄膜结构㊁形貌㊁沉积速率㊁透氧率以及透湿率的影响㊂实验结果表明,当氩气流量为40sccm 时,ZnO 薄膜表面均匀且致密,其氧气透过率可以达到1.14cc /(m 2.d ),水蒸汽透过率为0.43g /(m 2.d )㊂关键词:射频磁控溅射技术;氧化锌薄膜;氩气流量;透过性㊀㊀Abstract :ZnO films were prepared by RF magnetron sputtering on PET substrates with ZnO target.The influence of the argon gas (Ar )flow on the structure ,morphology ,deposition rate and the barrier properties was studied.The results demonstrated that the best Ar flow rate was 40sccm ,the deposited ZnO films were denser and smoother ,the OTR of the film was 1.14cc /(m 2.d ),WVTR was 0.43g /(m 2.d ).Key words :RF magnetron sputtering ;Zinc oxide film ;Argon flow ;Transparency.㊀㊀高阻隔性包装材料在食品㊁药品以及太阳能组件等方面应用广泛[1]㊂射频磁控溅射技术以市场广泛存在的塑料为基材,具备沉积速率快㊁衬底温度低㊁溅射尺寸可控等优点,对靶材无导电的要求,是具备广阔的应用前景的一种高阻隔膜制备方法[2]㊂目前,有关ZnO 薄膜的研究集中于其光电性以及湿润性等方面[3],而有关其阻隔性能的研究较少㊂本文采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO 靶材,研究了氩气(Ar)流量对所制备的ZnO 薄膜结构㊁形貌㊁沉积速率㊁透氧率以及透湿率的影响,验证了其用于高阻隔薄膜的可行性㊂1实验(1)实验与仪器㊂材料与仪器:基材PET 薄膜,厚度为12μm;Ar 纯度99.99%;磁控溅射镀膜机为JRJ-400卷绕式,靶材为99.99%的ZnO 靶,尺寸为74.7mm ˑ4mm,靶基距为80mm㊂XRD 为荷兰帕纳科锐影X 射线衍射仪,电压为40kV,电流为30mA㊂SEM 为蔡司公司IGMA +X-Max 20型扫描电子显微镜,X 射线能谱仪为英国牛津(INCA-350)型㊂W3/330水蒸气透过率测试系统(Labthink/兰光),透氧仪为OX-TRAN Model 2/21㊂(2)氧化锌薄膜的制备㊂PET 基材经过超声清洗㊁预溅射清洗后进行镀膜溅射㊂溅射功率为100W,沉积时间为20min,工作压力为0.4Pa㊂2结果和分析所制ZnO /PET 薄膜淡黄色㊁透明,外观均匀㊂(1)氩气流量对薄膜沉积速率以及阻隔能力的影响㊂薄膜沉积速率(a)以及其对水㊁氧阻隔能力(b)随氩气流量的变化关系见图1㊂如图1(a)所示,随着氩气流量的增加,沉积速率先线性增大而后降低㊂主要原因是Ar 流量过低时,溅射靶材的离子不足,Ar 流量过高时,溅射腔中气体粒子过高,与溅射生成的ZnO 粒子发生强烈碰撞甚至联级碰撞,降低了沉积在基材上ZnO 的数量㊂如图1(b)所示,薄膜的水㊁氧透过性随氩气流量的增大,先快速降低,当氩气流量超过30sccm 时,薄膜的透氧性呈增大趋势,当氩气流量超过40sccm 时,透湿性稳定中有增大趋势㊂考虑到沉积速率,最佳氩气流量为40sccm㊂㊀㊀图1薄膜沉积速率(a )以及其对水㊁氧阻隔能力(b )随氩气流量的变化关系(2)氩气流量对薄膜结构与形貌的影响㊂图2不同氩气流量的表征图(SEM :(a )10sccm ;(b )30sccm ;(c )40sccm ;(d )60sccm ;(e )40sccm 的XRD ,(f )40sccm 的能谱图以及其O 和Zn 元素)由图2中SEM 图可知,氩气流量为10sccm 时,薄膜表面圆形㊁椭圆形㊁弯月形等片状分布,形状㊁尺寸不均一,随着氩气流量增加至30sccm 时,形状像柳叶形转化,均匀性提高㊂当氩气流量为40sccm 时,氧化锌颗粒成柳叶状,尺寸均匀,薄膜更加致密,所制备的ZnO 薄膜是其六方晶系结构(图2e),O 元素和Zn 元素分布均匀(图2f)㊂当氩气流量增加至60sccm 时,氧化锌呈多边形与纳米球形,均匀性㊁致密性降低㊂这说明Ar 流量过高时,溅射生成的ZnO 与气体粒子发生的剧烈碰撞以及增强的散射作用,影响其沉积分布与形貌㊂3结论利用射频磁控溅射技术,制备了氧化锌(ZnO)透明复合阻隔薄膜,讨论了氩气流量对薄膜的结构㊁形貌㊁沉积速率和阻隔能力的影响,明确了制备ZnO 高阻隔薄膜的最佳氩气流量为40sccm㊂参考文献:[1]Liu Z ,Sun ZH ,Ma XX ,Lin J.RF magnetron sputtered SiOx coatings on papers.Advanced Materials Research.2011,174:475-479.[2]建清.Si Ox 镀膜包装材料的开发及发展.塑料包装,2002,12(2):20-23.[3]程晓蕾,刘志,施焕儒,简建明,徐杨.室温下高速沉积AZO 薄膜的研究.材料导报,2011,11(25):83-90.项目1:项目编号为:贵州民族大学人才引进项目(16yjrc xm019)项目2:贵州民族大学学生科研项目(16bksxm011)621机械化工科技风2018年5月。

氧化镍薄膜气体传感器性能提升_李佳言

氧化镍薄膜气体传感器性能提升_李佳言

第14卷第2期功能材料与器件学报Vol.14,No.2 2008年4月JOURNALOFFUNCTIONALMATERIALSANDDEVICESApr.,2008文章编号:1007-4252(2008)02-0394-05氧化镍薄膜气体传感器性能提升李佳言1,张金龙2,戴昌贤2,林秋丰2,傅龙明3(1.大叶大学机械与自动化工程学系,彰化515;2.屏东科技大学车辆工程系,屏东912;3.屏东科技大学材料工程系,屏东912)摘要:本文的目的在于优化甲醛气体传感器。

微型甲醛气体传感器设计是以石英玻璃当作基材,白金(Pt)被当作微型加热器电阻来加热感测层,并以氧化镍(NiO)薄膜作为感测层。

当环境内有甲醛气体存在时,NiO薄膜层上导电度会增加,因而导致感测层电阻值降低。

此微传感器,膜厚为0.34μm,在300℃反应时间只需6秒,灵敏度可达13.5kΨ/ppb,最低侦测限度可以量测到40ppb。

而本研究中针对不同的甲醛气体浓度,分别添加金当其催化剂、玻璃基材上共溅镀氧化镍与氧化铝、并比较有无指叉电极、改变基材温度…等,以提升其氧化镍薄膜感测性能。

关键词:甲醛;氧化镍薄膜;微传感器中图分类号:TH308 文献标识码:AEnhancingcharacteristicsofgassensorswithNiOthinfilmLEEChia-yen1,CHANGChin-lung2,TaiChang-hsien2,LINChiu-feng2,FULung-ming3(1.DepartmentofMechanicalandAutomationEngineering,Da-YehUniversity,Chung-hua515,China;2.DepartmentofVehicleEngineering,PingtungUniversityofScienceandTechnology,Pingtung912,China;3.DepartmentofMaterialsEngineering,lPingtungUniversityofScienceandTechnology,Pingtung912,China)Abstract:Theaimofthisstudyistooptimizetheperformanceoftheformaldehydegassensorisenhancedinthestudy.MicroformaldehydesensorisbasedonaquartzsubstrateutilizingwithPtmicro-heatertoheatthesensinglayer(NiOthinfilm).Whenformaldehydeexistsintheair,theelectricalconductivityoftheNiOlayerincreasesandtheresistivitydecreases.ThethicknessoftheNiOfilmis0.34μm,theresponsetimeis6sec,thesensitivityis13.5kohm/ppbandthelowestdetectionlimitis40ppb.Inthepresentstudy,toenhanceitssensingperformance,co-sputteringNiO/Al2O3,changingelectrodeshapeandchangingworkingtemperatureareconsidered.Keywords:formaldehyde;NiOthinfilm;microsensor收稿日期:2007-07-31; 修订日期:2007-09-22作者简介:李佳言(1967-),男,博士,副教授(E-mail:cy@mail.dyu.edu.tw).通讯作者:傅龙明,男,博士,副教授(E-mail:loudyfu@mail.npust.edu.tw).0 引言近年来,由于环保意识的抬头,大众对于空气质量的要求日渐提升。

高性能三维纳米多孔氧化镍电致变色薄膜材料

高性能三维纳米多孔氧化镍电致变色薄膜材料

高性能三维纳米多孔氧化镍电致变色薄膜材料
宋艳斌;张勇;申碟
【期刊名称】《化学研究与应用》
【年(卷),期】2024(36)4
【摘要】作为一种很有前景的电致变色材料,传统方法制备的氧化镍薄膜结构致密,对比度、响应速度等性能却并不理想。

本研究首次通过结合电沉积与脱合金法制备了三维纳米多孔的氧化镍薄膜,通过对薄膜特征的检测和电致变色性能的测试,薄膜表现出较高的光学对比度(66.4%,550 nm基准)、较快的变色时间(褪色时间3.4 s,着色时间2.6 s)以及较高的着色效率(65 cm^(2)/C)。

这些优异的性能可以归因于薄膜材料的三维纳米多孔结构,为离子提供大量的通道与嵌合位点。

这些优点对氧化镍在电致变色器件领域的应用有重要意义。

【总页数】7页(P721-727)
【作者】宋艳斌;张勇;申碟
【作者单位】河南建筑材料研究设计院有限责任公司;合肥工业大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O614.8
【相关文献】
1.用脉冲电沉积法制备两类纳米介孔氧化镍电致变色薄膜的研究
2.电致变色纳米氧化镍薄膜的溶胶-凝胶法制备与表征
3.氧化镍、氧化钨薄膜全固态电致变色玻璃器件制备
4.脉冲电沉积氧化镍薄膜电致变色速率的研究
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表面微机械加工的高长宽比矩形薄膜压力传感器

表面微机械加工的高长宽比矩形薄膜压力传感器

表面微机械加工的高长宽比矩形薄膜压力传感器张艳敏;王权;李昕欣【摘要】设计了表面微机械加工的高长宽比矩形薄膜压力传感器芯片,采用由低压化学气相沉积法(LPCVD)制备的低应力氮化硅(LS SiN)薄膜作为压力传感器芯片的核心结构层,多晶硅薄膜淀积在LS SiN薄膜上,通过结构和位置的优化设计,干法腐蚀制作形成力敏电阻条.制作了压力量程从60 kPa到1 MPa的传感器芯片.试验测试了量程60 kPa压力传感器的长期稳定性,结果表明在室温环境下时,压力传感器显示了较稳定的长时输出,且用LPCVD低温二氧化硅密封的真空参考压力腔没有泄漏问题出现.该超小型传感器制造成本低,具有广泛应用的前景.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P14-15,19)【关键词】绝对压力传感器;表面微机械加工;矩形膜;压阻;芯片;长期稳定性【作者】张艳敏;王权;李昕欣【作者单位】江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;传感技术国家重点实验室,上海200050;传感技术国家重点实验室,上海200050;中科院上海微系统与信息技术研究所,上海200050【正文语种】中文【中图分类】TN3030 引言压阻式压力传感器由于微机械加工技术的发展使其敏感元件微型化,生产批量化、低成本化,确立了在压力测量领域的主导地位,较之传统的膜合电位计式、力平衡式、变电感式、变电容式、金属应变片式及半导体应变片式传感器技术上先进得多,具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好、精度较高、低功耗、易于微型化与集成化等一系列优点,在工业、汽车和医学等领域有着广泛的应用[1-3]。

传统的压阻式压力传感器采用扩散或离子注入的方法,掺杂获得4个硅应变电阻,在单晶硅片正面上构成惠斯登电桥的应力敏感检测模式,电阻和衬底之间一般形成PN结隔离。

为了满足测试量程的需要,背面一般采用氢氧化钾腐蚀减薄,也常称为体微机械加工[4-6]。

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第14卷第2期功能材料与器件学报Vol.14,No.2 2008年4月JOURNALOFFUNCTIONALMATERIALSANDDEVICESApr.,2008文章编号:1007-4252(2008)02-0394-05氧化镍薄膜气体传感器性能提升李佳言1,张金龙2,戴昌贤2,林秋丰2,傅龙明3(1.大叶大学机械与自动化工程学系,彰化515;2.屏东科技大学车辆工程系,屏东912;3.屏东科技大学材料工程系,屏东912)摘要:本文的目的在于优化甲醛气体传感器。

微型甲醛气体传感器设计是以石英玻璃当作基材,白金(Pt)被当作微型加热器电阻来加热感测层,并以氧化镍(NiO)薄膜作为感测层。

当环境内有甲醛气体存在时,NiO薄膜层上导电度会增加,因而导致感测层电阻值降低。

此微传感器,膜厚为0.34μm,在300℃反应时间只需6秒,灵敏度可达13.5kΨ/ppb,最低侦测限度可以量测到40ppb。

而本研究中针对不同的甲醛气体浓度,分别添加金当其催化剂、玻璃基材上共溅镀氧化镍与氧化铝、并比较有无指叉电极、改变基材温度…等,以提升其氧化镍薄膜感测性能。

关键词:甲醛;氧化镍薄膜;微传感器中图分类号:TH308 文献标识码:AEnhancingcharacteristicsofgassensorswithNiOthinfilmLEEChia-yen1,CHANGChin-lung2,TaiChang-hsien2,LINChiu-feng2,FULung-ming3(1.DepartmentofMechanicalandAutomationEngineering,Da-YehUniversity,Chung-hua515,China;2.DepartmentofVehicleEngineering,PingtungUniversityofScienceandTechnology,Pingtung912,China;3.DepartmentofMaterialsEngineering,lPingtungUniversityofScienceandTechnology,Pingtung912,China)Abstract:Theaimofthisstudyistooptimizetheperformanceoftheformaldehydegassensorisenhancedinthestudy.MicroformaldehydesensorisbasedonaquartzsubstrateutilizingwithPtmicro-heatertoheatthesensinglayer(NiOthinfilm).Whenformaldehydeexistsintheair,theelectricalconductivityoftheNiOlayerincreasesandtheresistivitydecreases.ThethicknessoftheNiOfilmis0.34μm,theresponsetimeis6sec,thesensitivityis13.5kohm/ppbandthelowestdetectionlimitis40ppb.Inthepresentstudy,toenhanceitssensingperformance,co-sputteringNiO/Al2O3,changingelectrodeshapeandchangingworkingtemperatureareconsidered.Keywords:formaldehyde;NiOthinfilm;microsensor收稿日期:2007-07-31; 修订日期:2007-09-22作者简介:李佳言(1967-),男,博士,副教授(E-mail:cy@mail.dyu.edu.tw).通讯作者:傅龙明,男,博士,副教授(E-mail:loudyfu@mail.npust.edu.tw).0 引言近年来,由于环保意识的抬头,大众对于空气质量的要求日渐提升。

而现代人处于室内环境的时间与日俱增,统计报告指出,一般人平均一生中有58-78%的时间待在室内,而在一天当中更有90%的时间是在室内环境渡过。

室内建材在加工制造的过程中,所使用的许多化学物质,例如油漆、胶类及清洁剂所散发的挥发性有机化合物和室内装饰物及家俱所散发之甲醛,而这些污染物可能会引发呼吸道症状、呼吸道症状或刺激性症状等,通常这些症状都是进入建筑物后才发生,离开建筑物后症状就会减轻或消失,我们称为「病大楼症候群」[1]。

由于甲醛高化学活性、高纯度、以及相当廉价,因而被广泛应用在工业生产建筑物材料及多数家用产品的化学原料[2,3]。

但建材及家具涂料会逐渐释放游离甲醛,人体如果接触过量甲醛,可能会引发呼吸道或皮肤发炎、刺激眼睛,甚至可能致癌。

根据美国国家职业安全卫生组织规定人们长期曝露甲醛浓度不得超过1ppm[4]。

传统甲醛的检测仪器是藉由光学感测方式(GC-MS)[5]对甲醛进行定量与测定。

然而这种结合光学的量测方式很昂贵、耗时、复杂且不能实时得知甲醛曝露的含量。

随着微机电系统(MEMS)技术跟微制造技术日趋成熟[6],不仅使组件体积大幅缩小,组件耗能也大量的减少除此之外,可批次制造,可节省材料与成本,感测组件的性能也能趋于一致更重要的是,其可积体化的特性,可将控制组件与感测材料整合于单一芯片上,实现微小快速的感测系统。

本文是利用MEMS方式制作传感器,以石英玻璃当作基材,利用白金在高温时热膨胀系数小的特性,其本身的电阻值来提供焦耳热,当作实验中的加热器,并以氧化镍作为感测层,使用白金作为电极量测感测层电阻的变化。

研究中使用小型的环境测试箱检测箱内若存在甲醛气体,氧化镍薄膜层上导电度会增加,因而导致感测层电阻值降低,藉由观察感测层电阻值的差异性,就可得知感测气体在感测空间中的散布浓度情形。

1 气体传感器的设计与原理1.1 催化剂的作用本研究所用的原理是利用感测层当催化剂,当甲醛气体靠近感测层时会发生催化反应,其化学反应式如下:HCHO(g)+1/2O2(g)※HCOOH(g)(1)HCHO(g)+O2(g)※H2O(g)+CO2(g)(2)其反应发生时会产生蚁酸或者二氧化碳以及水,当氧化镍与甲醛发生反应后,会改变氧化镍本身电导率大小,我们可以从电性方面的改变的大小,求得待测气体的浓度大小。

1.2 气体传感器设计本研究选用白金当做微加热器是利用其耐高温以及物理现象稳定,且在高温时白金热膨胀系数小的特性。

加热原理是利用金属本身的电阻值来提供焦耳热。

当电流经过金属物体时,因金属物体本身有内部电阻,当电流通过金属时会对金属物体本身产生热,计算公式为P=V2/R,其中P为焦耳热、V为电压、R为电阻。

图1显示微型传感器的设计图样,传感器结合加热装置与感测电极在同一层,微型加热器设计提供实时和精确的温度控制能力,且指叉式电极容易直接量测感测层的电性和电阻的改变,溅镀氧化镍尺寸小,增加与氧化镍的接触面积,氧化镍粒子有效的与甲醛发生反应,因而灵敏度和感测限度皆可提升。

Fig.1 Schematicillustrationofformaldehydesensors图1 气体传感器的设计图案2 气体传感器制作方法图2为气体传感器的制作流程图,电子束蒸镀(electron-beamevaporation)50nm铬当白金之黏着层,蒸镀200nm白金当作加热器。

并利用微影技术定义出两种电极,之后再用剥离(lift-off)制程方式,将未曝光的金属部分用丙酮溶液移除,产生所需要的金属层。

3952期 李佳言,等:氧化镍薄膜气体传感器性能提升 Fig.2 Simplifiedfabricationprocessofformaldehydegassensor图2 气体传感器的制作流程3 结果为讨论3.1 微传感器芯片图3中所示为微传感器芯片,为量测方便和散热,我们采用云母片当作基材,云母片为具有晶体管散热、避免短路、绝缘及低损失的热阻功能。

1、3为传感器的感测电极,2、4为传感器的加热电极。

Fig.3 MicrosensorChip图3 微传感器芯片图3.2 气体传感器SEM图图4中显示氧化镍SEM图,图中(a)2000倍下的氧化镍粒子(b)为100000倍下的氧化镍粒子,图中的颗粒尺寸约为225~115nm,厚度为0.52μm。

Fig.4 SEMphotoshowingnanometergrainsize(a)2000and(b)100000timesofthesputteredNiOthinfilm.图4 氧化镍SEM图(a)2000(b)100000倍下的氧化镍粒子3.3 微加热器量测及指叉式电极对灵敏度之影响图5为白金电极为加热电极时的加热曲线图,图中可以发现消耗功率与温度呈线性关系,当功率加至5.2W时,即可得到300℃的工作温度。

(ΔT/W)Power增加1W温度改变量为57.6℃。

在氧化镍厚度为0.34μm,基材温度为300℃的条件下,判别有无指叉式电极的差异。

图6为指叉式电极,灵敏度为0.47kohm/ppb,最小侦测限度为800ppb,而无指叉式电极之感测层,其灵敏度为0.05kohm/ppb,侦测限度约为1500ppb,由此可知指叉式电极有稳定的工作温度与良好的感测电极,产生较佳的灵敏度与小的侦测限度。

3.4 基材温度对氧化镍气体传感器的影响利用X光绕射仪(XRD)分析其薄膜结构及结晶度,实验在溅镀时基板温度100~300℃、工作压力为0.01torr、射频功率为200W及氧气、氩气流量比为1:1的情况下,比较基板温度的影响。

图7显396 功能材料与器件学报 14卷示在不同基板温度下溅镀氧化镍薄膜之X光绕射图。

在100~300℃的基板温度范围下沉积之氧化镍薄膜为NiO(200)的绕射峰出现,由此可知在此一温度范围内溅镀氧化镍薄膜的择扰取向为NiO(200)。

图中显示随着溅镀时之基板温度的升高,NiO(200)的绕射峰强度有逐渐增强的趋势。

图中也指出,随着基板温度的提高氧化镍薄膜NiO(200)绕射峰之半高宽值减少,表示薄膜之结晶性变好。

因为高的基板温度,附着于基板表面的粒子获得较大的能量,使晶粒具有较大的动能可移动到能量较小的位置,形成较完美的结晶薄膜。

结果显示以反应性溅镀沉积氧化镍薄膜时,提高其基板温可有效的改善结晶结构,进而提高点测器的灵敏度。

图8为改变传感器操作温度之感测性能图,当操作温度升高,粒子获得较大的能量,使粒子有较大的动能可移动到能量较小的位置,有助于改善薄膜的结晶性,结晶性的提高,降低薄膜的电阻率,提高传感器的灵敏度,如图中显示操作温度是100℃时,灵敏度为0.028kohm/ppb,操作温度为200℃,灵敏度为0.1kohm/ppb,操作温度为300℃,其灵敏度为0.47kohm/ppb,得知当操作温度较高时,得到较高的斜率,斜率愈高,电阻的变化较明显,较易判别甲醛气体的浓度变化。

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