论文部分内容阅读
本论文从气体传感器研究的三个主要方面——气敏材料、器件结构、敏感特性及机制出发,设计了化学场效应管阵列NO2气体传感器;利用自组装技术制备了NO2气敏薄膜,并进行了微观结构表征和分析,同时在薄膜气敏特性研究的基础上对阵列器件的NO2气敏特性和敏感机理进行了研究。1.利用微电子半导体工艺与自组装技术相结合,首次在气敏薄膜制备和研究的基础上根据气敏传感器的主要特性参数以及MOS 管的基本特性参数设计并制造了利用聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺复合膜代替MOSFET 中栅极金属的化学场效应管气体传感器阵列。2.采用硼氢化钠还原氯金酸制备了金胶体,通过静电自组装制备了金纳米粒子薄膜,在此基础上采用掺杂诱导沉积方法在纳米金表面自组装聚苯胺/聚苯乙烯磺酸薄膜并对薄膜的自组装过程和微观结构进行了分析和表征。（1） 紫外-可见光吸收光谱研究表明,所制备的金溶胶为单分散体系且胶体粒子接近球形,粒径分布较窄。（2） AFM 观察表明,与其他三种溶胶比较,使用乙醇溶剂胶体的自组装膜沉积粒子的分布比较均匀,平整度最好,达到纳米量级。在金表面之上的聚苯胺自组装膜结构致密、均匀,晶向一致并且基底金膜改善了基底的平整度。（3） XPS 分析表明聚苯胺只在表面被部分掺杂,所制备自组装膜均匀、致密。结合AFM 分析与实验观察,证实在胶体金的合成过程中,还原剂量越多,金纳米粒子的粒径越小且粒子为球形,粒度较均一,单分散性好;随着还原剂用量的减少,金纳米粒子的粒径变大,但其形状呈较明显的椭圆形。（4） 通过红外吸收谱对纳米金基底掺杂态聚苯胺薄膜结构进行了研究,发现纳米金膜做基底的聚苯胺复合膜在1680 cm-1出现了新的吸收峰,这可能是由与芳环共轭的C=O 伸缩振动频率所引起(典型值为1683 cm-1),或者是羰基与α、β不饱和双键共轭,从而削弱了碳氧双键,使羰基伸缩振动吸收频率向低波数位移所引起。（5） 阐明了胶体金的稳定机理并通过实验证实了本论文独创的乙醇溶剂硼氢化钠还原剂的金溶胶稳定性最好。胶体金基膜的XRD 分析表明乙醇溶剂硼氢化钠还原剂的金溶胶胶体粒度在1.7nm 左右。（6） 对薄膜的气敏特性测试表明,聚苯胺薄膜对NO2气体的灵敏度随膜层增加而增加,并且薄膜厚度在30层以下时灵敏度随着气体浓度增加近似线