摘 要

本文主要利用化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD法）对SnO₂气体传感器进行表面改性，在高温下将六甲基二硅胺烷（HMDS）通过化学气相沉积法沉积到SnO₂表面，与此同时将传感器加热到500℃和600℃，HMDS在高温下会分解得到SiO₂，从而在SnO₂气体传感器表面涂覆上一层SiO₂薄膜。对其选择性和对氢气的响应进行测试发现HMDS处理后的传感器对乙醇、丙酮和苯几乎没有响应，但对氢气有较好的响应且响应值比未处理的要大。通过对500℃处理和600℃处理的传感器性能进行比较发现，500℃处理得到的传感器性能要优于600℃处理的传感器。

本文通过简单的处理工艺提高了SnO₂气体传感器对氢气的选择性和响应值，并摸索出合适的处理工艺。

关键词：SnO₂气体传感器；HMDS；氢气；选择性.

Abstract

This paper is mainly talking about SnO₂-based gas sensor’s surface modification through chemical vapor deposition(CVD). At elevated temperature,hexamethyldisiloxane (HMDS) is deposited onto the surface of SnO₂ by CVD. Meanwhile the sensor is heated to 500 ℃ and 600 ℃ that HMDS will decompose to give SiO₂ at elevated temperatures. So that the SnO₂-based gas sensor surface is coated with a layer of SiO₂ film. Testing found that the sensor after HMDS treatment almost do not response to ethanol, acetone and benzene, but there is good response to hydrogen and the response value is larger than the untreated one. Through comparing the sensor which is treated at 500 ℃ to the one treated at 600℃, we found that the performance of the sensor at 500 ℃ was superior to the one at 600 ℃.

In this paper, we use a simple process to improve the selectivity and response of SnO₂ gas sensor for hydrogen, and we try to find a suitable process.

Key Words:SnO₂-based gas sensor;HMDS;Hydrogen;Selectivity

目录

摘 要 I

第一章 绪论 1

1.1气体传感器材料的定义及分类 1

1.2金属氧化物半导体气体传感器 1

1.3金属氧化物气体传感器的表面修饰 2

1.3.1沸石的表面修饰 2

1.3.2贵金属的表面修饰 3

1.3.3 利用过滤膜进行表面修饰 3

1.3.4 传感器的性能指标 3

1.4 SnO₂表面修饰SiO₂研究进展 4

1.5 研究意义及研究内容 5

1.5.1研究意义 5

1.5.2研究内容 5

第2章 实验内容 6

2.1实验材料 6

2.2实验设备 6

2.2.1 化学气相沉积（CVD）装置 6

2.2.2 四通道气敏性能测试仪 7

2.3实验步骤 8

2.3.1制备SnO₂传感器 8

2.3.2 CVD处理 9

2.3.3 形貌观察 10

2.3.4性能测量 10

第3章 实验结果与讨论 12

3.1 SEM分析 12

3.2 XRD物象分析 14

3.3 处理温度对响应值的影响 15

3.3处理时间对响应值的影响 15

3.4 HMDS处理后传感器的选择性变化 16

第4章 结论 18

参考文献 19

致谢 20

第一章 绪论

1.1气体传感器材料的定义及分类

1971年7月，国外某研究所研究发明了新型的气体传感器，其机理是：半导体金属氧化物表面吸收气体并与气体发生反应后，其电导率发生变化。选择合适的材料和合适的工作条件，制备出的气敏元件，称为气体传感器^[1]。气体传感器主要用来检测气体的种类和浓度，当某些气体与传感器相接触时，导致传感器的电学属性发生变化，达到测量的目的。气敏材料是气体气体传感器的的主要组成部分^[2]，材料的性能决定了传感器的性能，根据其工作原理不同可分为接触燃烧式传感器、半导体式传感器、高分子式传感器和固体电解质式传感器^[3]。

1.2金属氧化物半导体气体传感器

金属氧化物半导体（Metal-Oxide-Semiconductor，简称MOS）气体传感器是用金属氧化物粉体通过不同的工艺所得到，能某些气体有响应的气体传感器材料。由于金属氧化物气敏材料由于成本低廉，稳定耐用，工艺简单而备受关注，研究方法比较成熟。Seiyama、Taguchi等人研制出了SnO₂元件和ZnO半导体气体传感器，而且具有良好的稳定性和气敏性。金属氧化物按电阻结构可分为非过度金属氧化物（Al₂O₃、SnO₂）和过度金属氧化物（Fe₂O₃、TiO₂、WO₃等）；按载流子的不同可分为p和n型，p型是靠空穴做载流子导电，而n型式靠电阻做载流子导电。近些年，新型的金属氧化物材料具有更优越的灵敏度和气敏性，引起了科研人员的极大关注和研究。

金属氧化物半导体气体传感器材料主要经历过了以下四个发展阶段：

第一阶段：在1962年前是孕育阶段，通过氧化物半导体的表面特性进行研究发现氧化物半导体对气体有敏感性。