多孔硅基氧化钨纳米线气敏传感器的制备与研究

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20世纪以来,人类社会的技术革命带来了巨大的经济效益和文明进步,并提高了人民的生活水平,但是同时也不幸地造成了严重的生态和环境污染问题。大气污染问题日益凸显,大量有毒有害气体排放到大气中,对人类的生存环境、身体健康和安全形成极大的危害。NO2就是这些有毒有害气体中一个典型的例子。迄今为止,人们已经开发了多种气敏材料,其中,氧化钨被认为是最具潜力的NO2气敏材料,但是工作温度一般较高;而多孔硅是一种新型的室温敏感材料,室温下对NO2气体有一定的响应,且易于集成电路兼容。基于上述背景,本文对一种多孔硅基氧化钨纳米线气敏传感器的制备与性能进行了研究。利用双槽电化学法制备多孔硅,然后采用直流对靶磁控溅射在多孔硅表面淀积一层金属钨薄膜,通过对其进行管式炉热处理,制备了多孔硅基氧化钨纳米线,并对制得样品分别进行后续的常规退火和快速退火处理。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段对样品的微观形貌、晶体结构等进行了分析;研究了样品室温下对NO2的气敏性能。研究结果表明,在制备氧化钨纳米线过程中,溅射镀膜时间、热处理温度、热处理时间以及热处理气氛(氩氧比)对氧化钨纳米线的形成均有影响。溅射镀膜时间决定金属钨薄膜厚度,厚度越厚,越易于生长纳米线,但是纳米线与多孔硅层之间具有一层结合层;对于一定厚度金属钨薄膜的样品,热处理温度必须处于一定的温度区间,热处理时间须在一定的时间段,氩氧比须在一定的比例以下,才能制备出氧化钨纳米线。多孔硅基氧化钨纳米线气敏传感器,与多孔硅样品相比,具有更高的灵敏度,且具有室温响应的特性,但是响应/恢复时间变长;后续的退火处理能够进一步氧化样品,提高样品的灵敏度。
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