文档介绍：研究生实验报告书实验课程:实验名称:实验地点: 学生姓名:学号:指导教师:(范本) 实验时间:年月日一、实验目的熟悉电阻型气体传感器结构及工作原理,进行基于聚苯***敏感薄膜的气体传感器的结构设计、材料制作、材料表征、探测单元制作与测试、实验结果分析,通过该实验获得气体传感器从设计到性能测试完整的实验流程,锻炼同学学****能力、动手能力和分析问题能力。二、实验内容 1、理解电阻式气体传感器工作原理 2、进行传感器结构设计 3、进行敏感材料的合成与测试 4、开展气体传感器制作 5、器件性能测试与分析讨论三、实验原理气体传感器是化学传感器的一大门类,是气体检测系统的核心,通常安装在探测头内。从本质上讲,气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。根据气敏特性来分类,主要分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光学式气体传感器、石英谐振式气体传感器、表面声波气体传感器等。气体传感器的检测原理一般是利用吸附气体与高分子半导体之间产生电子授受的关系,通过检测相互作用导致的物性变化从而得知检测气体分子存在的信息,大体上可以分为: (l)气体分子的吸附引起聚合物材料表面电导率变化(2)p型或n型有机半导体间结特性变化(3)气体分子反应热引起导电率变化(4)聚合物表面气体分子吸、脱附引起光学特性变化(5)伴随气体吸附脱附引起微小量变化对于电阻型气体传感器,其基本的机理都是气体分子吸附于膜表面并扩散进体内,从而引起膜电导的增加,电导变化量反应了气体的浓度情况。四、实验器材电子天平BS2245:北京赛多利斯仪器系统有限公司 KSV5000自组装超薄膜设备:芬兰KSV设备公司 Keithley2700数据采集系统:美国Keithley公司 KW-4A型匀胶机:ChematTechnologiesInc. 85-2型恒温磁力热搅拌机:上海司乐仪器公司优普超纯水制造系统:成都超纯科技有限公司动态配气装置北京汇博隆仪器 S-450型扫描电镜:日本日立公司 UV1700紫外一可见分光光度计:北京瑞利分析仪器公司 BSF-GX-2型分流式标准湿度发生器:国家标准物质研究中心、北京耐思达新技术发展公司五、实验步骤 1、电阻型气体探测器工作原理认识(见三、实验原理) 2、器件结构设计电阻型气体探测器基于敏感薄膜电阻变化来进行气体浓度测定,因此电阻是探测器件的一个重要参数。叉指电极结构测量出的电导可由下式表示: 其中L和W为叉指电极基底的长度和宽度,N为叉指电极的数目对数,d为两相邻电极之间的间距,σ为薄膜的本征电导率。结合基底尺寸、材料电导率和工艺能力可以设计出结构优化的叉指结构,获得较显著的电学输出信号。图1、基于敏感膜的气体传感器结构设计意图图1为设计的电阻型气体传感器结构,在绝缘衬底上制作叉指电极,然后在叉指电极上制作敏感薄膜,通过测试两个叉指电极间的电学信号,可获得敏感薄膜的电阻信息。设计完成的整个气体传感器的制作流程示意图如图2所示。图2、气体传感器制作工艺流程示意图详细流程可表述为:硅片清洗—硅片表面氧化—溅射生长NiCr合金—溅射生长金—匀胶、显影、曝光、去胶—刻蚀金属层(Kl、硫酸)—中测—划片一测试在器件的制作中,-1cm的n型单晶硅片([100]取向)。其上氧化生长二氧化硅作为绝缘层,然后溅射镍铬合金(2