MFeO-,3-基半導體材料制備及氣敏性能研究.pdf

1、隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展及廣大人們生活水平的提高，氣敏傳感器得到了越來越廣泛的應用，半導體電阻式氣敏傳感器是目前應用最廣泛的傳感器之一，成為研究的熱點。本研究分別采用無機鹽溶膠-凝膠法制備了MFeO3(M=Sm、La)薄膜，采用傳統(tǒng)工藝制備旁熱式燒結(jié)型元件。對制備過程和丙酮氣敏性能進行了討論，揭示了組成-工藝-結(jié)構(gòu)-丙酮氣敏性能的內(nèi)在聯(lián)系，并對兩類結(jié)構(gòu)的氣敏性能做了比較。 以Sm(NO3)3·6H2O(La(NO3)3·6H2O)、

2、Fe(NO3)3·9H2O等無機鹽為原料，以檸檬酸為絡合劑，配制成濃度為0.3mol/L的前驅(qū)體溶膠，在Al2O3基片上經(jīng)過浸漬-提拉、干燥、預處理和燒結(jié)等過程制備了高質(zhì)量納米晶鈣鈦礦相MFeO3薄膜。用FT-IR吸收光譜分析了前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)，以TG-DSC分析討論了前驅(qū)體在燒結(jié)過程中的變化，用XRD分析了晶相，并用SEM表征了薄膜的表面形貌。分析了摻雜MFeO3薄膜的阻溫特性，呈現(xiàn)半導體氧化物的特征，根據(jù)曲線計算出材料的導電激活能，與理

3、論相符合。 MFeO3薄膜對低濃度丙酮氣體有良好的敏感性能：SmFeO3薄膜在測試溫度為450℃時，對30ppm丙酮氣體靈敏度達到20，響應時間和恢復時間分別為15s和16s； LaFeO3薄膜的丙酮靈敏度比SmFeO3薄膜偏高，靈敏度達到22.5，響應時間和恢復時間分別為30s和20s。從缺陷和載流子的性質(zhì)入手討論了MFeO3薄膜的導電機制和氣敏機理。深入研究了測試溫度、氣體濃度、摻雜和膜厚對材料性能的影響。針對燒結(jié)型傳感器

4、，系統(tǒng)研究了工作電壓、玻璃料添加劑，貴金屬Pt以及摻雜對元件電阻和氣敏性能的影響，獲得了氣敏元件最佳性能條件為：測試電壓為4.5V，摻入1mol％Pt的SmFeO3元件對10ppm丙酮氣體靈敏度達到3.2。 比較MFeO3薄膜和燒結(jié)型元件氣敏性能發(fā)現(xiàn)，薄膜材料由于高的表面活性和比表面積，對丙酮的靈敏度更大?？疾炝藘深惒牧系倪x擇性、穩(wěn)定性，并對MFeO3材料的氣敏機理進行了探討。指出未來氣敏器件的發(fā)展方向為薄膜型元件。材料方面選擇