文档介绍：国内图书分类号:
国际图书分类号: 620
工学硕士学位论文
掺杂改性纳米晶 SnO2 薄膜制备及
其气敏特性的研究
硕士研究生:刘宝丰
导师:吴晓宏副教授
申请学位:工学硕士
学科、专业:化学工程与技术
所在单位:理学院化学系
答辩日期:2009 年 6 月 29 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
1
Classified Index:
.: 620
Dissertation for the Master’s Degree in Engineering
STUDY ON THE PREPARETION AND GAS-
SENSITIVE PROPERTIES OF
NANOSTRUCTURED DOPED STANNUM OXIDE
THIN FILMS
Candidate: Liu Baofeng
Supervisor: Associate Prof. Wu Xiaohong
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Chemical Engineering and
Technology
Affiliation: Department of Chemistry
Date of Defence: June, 29th, 2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
2
哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
SnO2 半导体气敏传感器因其具有结构简单,成本低廉,灵敏度高,工艺成
熟等优点,被广泛用于可燃性气体、有毒气体的检漏报警,以及环境气体的监
控等领域。本文采用溶胶-凝胶提拉法以无机金属盐 SnCl2·H2O 为原料,制备纳
米晶 SnO2 薄膜。通过 Sb、Ag 和 Si 等元素掺杂,来降低工作温度、提高灵敏
度,从而得到较高气敏性的纳米晶 SnO2 薄膜。
研究了热处理温度、薄膜层数、pH 值、溶胶浓度等因素对 SnO2 薄膜气敏
性能的影响。实验结果表明,溶液浓度为 、pH 值 、陈化 4 天,薄膜
层数为 6 层,烧结温度为 570℃时所得纳米晶 SnO2 薄膜性能较好,检测温度
320℃时,检测 1000ppmH2 灵敏度达到 。
分别研究了 Cu 和 Sb 掺杂对 SnO2 薄膜气敏性的影响。实验结果表明,Sb
和 Cu 的掺杂都可以提高 SnO2 薄膜的气敏性,其中 Sb 的掺杂效果较好。当 Sb
的掺杂含量为 3%时,检测温度 320℃时,检测 1000ppmH2 灵敏度达到 。
为了进一步提高 SnO2 薄膜的气敏性,研究了 Sb 和 Ag 的复合掺杂对 SnO2
薄膜气敏性的影响。实验结果表明,Sb 和 Ag 的复合掺杂可以进一步提高 SnO2
薄膜的气敏性。当 Sb 和 Ag 的掺杂含量分别为 3%和 1%时,检测温度 290℃
时,检测 1000ppmH2 灵敏度达到 。
为了降低检测温度,研究了 Sb、Si 和 Ag 复合掺杂对 SnO2 薄膜气敏性的影
响。实验结果表明,Sb、Si 和 Ag 的复合掺杂可以降低 SnO2 薄膜的检测温度。
当 Sb、Si 和 Ag 的掺杂含量分别为 3%、1%和 1%时,检测温度 260℃时,检测
1000ppmH2 灵敏度达到 。
采用 X 射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)
等测试手段,对掺杂前后的 SnO2 气敏薄膜晶型、晶粒大小等进行了分析。结果
表明,所得纳米晶 SnO2 薄膜为金红石晶相,Cu、Sb、Si 和 Ag 的掺杂降低了薄
膜晶粒尺寸,增加了孔隙率和比表面积,其中 Sb、Ag 和 Si 的复合掺杂晶粒尺
寸为 10~15nm。
关键词:SnO2 薄膜;溶胶-凝胶法;掺杂;气敏性
I
3
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
SnO2 semiconductor gas sensors, with simple structure, low cost, high sensitivity
and mature fabricating technique, are n