响应三甲胺气体低阻TiO2基气体传感器研制
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:336
孙海波，王强，裴素华，孙振翠 |
（山东师范大学半导体研究所，山东 济南 250014） |
| 摘要：二氧化钛是一种良好的响应三甲胺气体的敏感材料，然而用它做成传感器后存在一个明显的缺点：阻值太高。文中采用不同气氛热退火和掺杂方法来提高tio2基材料的电导率，从而制成一种新型低阻敏感元件，对三甲胺灵敏度高、选择性好。 关键词：二氧化钛；热退火；掺杂；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
孙海波，王强，裴素华，孙振翠 | （山东师范大学半导体研究所，山东 济南 250014） | | 摘要：二氧化钛是一种良好的响应三甲胺气体的敏感材料，然而用它做成传感器后存在一个明显的缺点：阻值太高。文中采用不同气氛热退火和掺杂方法来提高tio2基材料的电导率，从而制成一种新型低阻敏感元件，对三甲胺灵敏度高、选择性好。 关键词：二氧化钛；热退火；掺杂；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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