平面旁熱式甲烷氣敏元件的研制

【摘要】： 目前，氣體傳感器在生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，高靈敏度、低功耗、小型化的氣體傳感器已經(jīng)成為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的氣體敏感元件如陶瓷管旁熱式氣體敏感元件等，由于工藝問(wèn)題無(wú)法保證元件在輸出方面的一致，導(dǎo)致后面的二次儀表難以統(tǒng)一配置。本實(shí)驗(yàn)嘗試使用了半導(dǎo)體平面工藝制作氣敏元件，以解決元件一致性方面的問(wèn)題，同時(shí)要求元件有較好的靈敏度等特性。 元件主要利用濺射、光刻等半導(dǎo)體平面工藝在硅片上制作出其鉑薄膜加熱電阻，所有加熱電阻都在完全相同的工藝條件下制作完成，這樣就保證了加熱電阻在阻值等方面完全一致，使元件有了具備較好一致性的前提。 甲烷氣體通常需要在較高的工作溫度下工作，要達(dá)到這個(gè)工作溫度區(qū)間，如果元件體電阻越大，功耗就會(huì)越大，元件體電阻越小，功耗就會(huì)越小，為了降低功耗，需要降低元件體電阻，因此在敏感膜材料中摻雜了一定比例的Sb_2O_3、SnCl_4、SnCl_2、SnO等物質(zhì)，大大降低了元件的體電阻。 同傳統(tǒng)的氣敏元件一樣，為了得到較高的靈敏度，根據(jù)甲烷的特性，要在敏感材料中添加合適的催化劑，如PdCl_2、AuCl_3·HCl等，添加不同濃度的催化劑，會(huì)有不同的靈敏度。 實(shí)驗(yàn)對(duì)不同的摻雜、不同的工藝條件下所制成的元件進(jìn)行了測(cè)試，分析了測(cè)試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用半導(dǎo)體平面工藝制作元件加熱電阻，再用厚膜工藝制作元件氣敏膜，這樣制作平面氣敏元件的思想是可行的。 文章最后對(duì)所研制的氣敏元件的氣敏機(jī)理作了論述。 【關(guān)鍵詞】：平面 甲烷 氣敏元件
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 1 緒論8-14
• 1.1 氣體傳感器的種類8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外氣體傳感器的發(fā)展?fàn)顩r9-12
• 1.3 課題的提出及主要解決問(wèn)題12-14
• 2 元件加熱電阻的制備14-20
• 2.1 加熱電阻材料、制備工藝的選擇14
• 2.2 濺射技術(shù)14-15
• 2.3 鉑薄膜電阻的制作工藝15-20
• 3 敏感膜材料的選取和制備20-25
• 3.1 SnO_2的特點(diǎn)和制備20-23
• 3.1.1 SnO_2的特點(diǎn)20-21
• 3.1.2 SnO_2的制備21-23
• 3.2 添加劑的選取23-25
• 4 元件的制備25-29
• 4.1 氣敏漿料配制25-26
• 4.2 敏感膜涂敷26
• 4.3 敏感膜燒結(jié)26
• 4.4 引線焊接26-27
• 4.5 金漿焊點(diǎn)燒結(jié)27
• 4.6 本元件和普通旁熱式元件的制備工藝比較27-29
• 5 測(cè)試結(jié)果與分析29-48
• 5.1 元件的測(cè)試方法29-30
• 5.1.1 測(cè)試電路與裝置29
• 5.1.2 測(cè)試方法29-30
• 5.2 靈敏度特性30-38
• 5.2.1 靈敏度K的定義30-31
• 5.2.2 靈敏度與催化劑的關(guān)系31-35
• 5.2.3 靈敏度與燒結(jié)溫度、時(shí)間的關(guān)系35-38
• 5.3 敏感膜的降阻38-42
• 5.3.1 摻雜Sb_2O_3降阻38-39
• 5.3.2 摻雜SnCl_2降阻39-40
• 5.3.3 摻雜SnCl_4降阻40-41
• 5.3.4 摻雜SnO降阻41-42
• 5.4 加熱特性42-43
• 5.5 靈敏度與氣體濃度的關(guān)系43-45
• 5.6 響應(yīng)恢復(fù)特性45-46
• 5.7 氣體選擇性46-48
• 6 敏感機(jī)理分析48-55
• 6.1 SnO_2氣體傳感器的導(dǎo)電機(jī)理48-53
• 6.1.1 基本模型48-49
• 6.1.2 SnO_2半導(dǎo)體氣敏元件的工作原理49-52
• 6.1.3 甲烷的敏感機(jī)理52-53
• 6.2 改進(jìn)措施53-55
• 7 結(jié)論55-56
• 致謝56-57
• 研究生在讀期間已發(fā)表的論文57-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 附錄一 曲線擬合方法61-64
• 附錄二 電鏡實(shí)驗(yàn)原理64

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