響應(yīng)三甲胺氣體低阻TiO2基氣體傳感器研制
發(fā)布時間:2008/5/29 0:00:00 訪問次數(shù):339
孫海波，王強，裴素華，孫振翠 |
（山東師范大學(xué)半導(dǎo)體研究所，山東 濟南 250014） |
| 摘要：二氧化鈦是一種良好的響應(yīng)三甲胺氣體的敏感材料，然而用它做成傳感器后存在一個明顯的缺點：阻值太高。文中采用不同氣氛熱退火和摻雜方法來提高tio2基材料的電導(dǎo)率，從而制成一種新型低阻敏感元件，對三甲胺靈敏度高、選擇性好。 關(guān)鍵詞：二氧化鈦；熱退火；摻雜；三甲胺 1 introduction ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｏｄ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． ａｓ ｆｏｒ ｆｉｓｈ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ，ｉｔ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｉｎｏｓｉｎｅ ａｎｄ ｈｙｐｏｘａｎｔｈｉｎｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ａｄｅｎｏｓｉｎｅ ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ａｔｐ）ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｆｉｓｈ ｍｕｓｃｌｅ ａｔ ｈｏｍｅ［１］． ｂｕｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｆｆｏｒｔｓ． ｉｔ ｉｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ[2]ｔｈａｔ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ ｏｆ ｆｉｓｈ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ（ｔｍａ）ｅｖｏｌｖｅｄ ｆｒｏｍ ｄｅａｄ ｆｉｓｈ． ｉｎ 1988，ｅｇａｓｈｉｒａ ｅｔ ａｌ． ｒｅｐｏｒｔｅｄ[3,4]ｔｈａｔ ａ ｓｅｎｓｏｒ ｅｌｅｍｅｎｔ，ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｔｉｏ２ ｐｏｗｄｅｒ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｒｕ，ｗａｓ ｖｅｒｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｍａ，ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｆｉｓｈ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ． ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｏ２ｂａｓｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｈｉｇｈ：109～1010ω ａｔ ｔｈｅｉｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． ｉｔ ｎｅｅｄｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｏｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｓｕｃｈ ｈｉｇｈ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｅｄｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｔ ｔｏｗａｒｄｓ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｗｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．
ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｏ ｔｍａ ｗａｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ，ｗｈｏｓｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｂｙ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ａｄｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ． 2 experimental 2.1 materials ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｐｕｒｅ ｔｉｏ2 ｓｅｎｓｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｔ 1000 ℃ ｆｏｒ 6 ｈ ｉｎ ｔｈｅ ａｍｂｉｅｎｃｅ ｏｆ o2（600 ｍｌ／ｍｉｎ）ａｎｄ ｎ2（600 ｍｌ／ｍｉｎ）ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｕｒｎａｃｅ，ｔｏ ｍａｋｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｍｂｉｅｎｃｅ ｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ． ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｃｈｏｓｅｎ ａｓ ｏｐｔｉｍａｌ ｂａｓｅ ａｎｄ ａｄｄｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎ，ｎｂ2ｏ5 ａｎｄ ｖ2ｏ5 ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｔｏ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｔ ｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． 2.2 sensitive elements fabrication ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｅｒｅ ｇｒｉｎｄｅｄ ｉｎ ａｎ ａｇａｔｅ ｍｏｒｔａｒ ｆｏｒ 4~5 ｈｏｕｒｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ａｎｄ ｔｉｏ２ ａｒｅ ｆｕｌｌｙ ｍｉｘｅｄ． ｉｔ ｗａｓ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｓｍａｌ
孫海波，王強，裴素華，孫振翠 | （山東師范大學(xué)半導(dǎo)體研究所，山東 濟南 250014） | | 摘要：二氧化鈦是一種良好的響應(yīng)三甲胺氣體的敏感材料，然而用它做成傳感器后存在一個明顯的缺點：阻值太高。文中采用不同氣氛熱退火和摻雜方法來提高tio2基材料的電導(dǎo)率，從而制成一種新型低阻敏感元件，對三甲胺靈敏度高、選擇性好。 關(guān)鍵詞：二氧化鈦；熱退火；摻雜；三甲胺 1 introduction ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｏｄ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． ａｓ ｆｏｒ ｆｉｓｈ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ，ｉｔ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｉｎｏｓｉｎｅ ａｎｄ ｈｙｐｏｘａｎｔｈｉｎｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ａｄｅｎｏｓｉｎｅ ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ａｔｐ）ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｆｉｓｈ ｍｕｓｃｌｅ ａｔ ｈｏｍｅ［１］． ｂｕｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｆｆｏｒｔｓ． ｉｔ ｉｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ[2]ｔｈａｔ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ ｏｆ ｆｉｓｈ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ（ｔｍａ）ｅｖｏｌｖｅｄ ｆｒｏｍ ｄｅａｄ ｆｉｓｈ． ｉｎ 1988，ｅｇａｓｈｉｒａ ｅｔ ａｌ． ｒｅｐｏｒｔｅｄ[3,4]ｔｈａｔ ａ ｓｅｎｓｏｒ ｅｌｅｍｅｎｔ，ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｔｉｏ２ ｐｏｗｄｅｒ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｒｕ，ｗａｓ ｖｅｒｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｍａ，ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｆｉｓｈ ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ． ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｏ２ｂａｓｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｈｉｇｈ：109～1010ω ａｔ ｔｈｅｉｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． ｉｔ ｎｅｅｄｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｏｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｓｕｃｈ ｈｉｇｈ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｅｄｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｔ ｔｏｗａｒｄｓ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｗｐｏｗｄｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．
ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｏ ｔｍａ ｗａｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ，ｗｈｏｓｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｂｙ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ａｄｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ． 2 experimental 2.1 materials ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｐｕｒｅ ｔｉｏ2 ｓｅｎｓｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｔ 1000 ℃ ｆｏｒ 6 ｈ ｉｎ ｔｈｅ ａｍｂｉｅｎｃｅ ｏｆ o2（600 ｍｌ／ｍｉｎ）ａｎｄ ｎ2（600 ｍｌ／ｍｉｎ）ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｕｒｎａｃｅ，ｔｏ ｍａｋｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｍｂｉｅｎｃｅ ｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ． ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｃｈｏｓｅｎ ａｓ ｏｐｔｉｍａｌ ｂａｓｅ ａｎｄ ａｄｄｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎ，ｎｂ2ｏ5 ａｎｄ ｖ2ｏ5 ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｔｏ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｔ ｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． 2.2 sensitive elements fabrication ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｅｒｅ ｇｒｉｎｄｅｄ ｉｎ ａｎ ａｇａｔｅ ｍｏｒｔａｒ ｆｏｒ 4~5 ｈｏｕｒｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ａｎｄ ｔｉｏ２ ａｒｅ ｆｕｌｌｙ ｍｉｘｅｄ． ｉｔ ｗａｓ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｓｍａｌ
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