气体传感器的研究

2008-02-20 16:30:53来源: www.eccn.com

  刘凤敏,陈丽华,全宝富

  (吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室,长春 130012)

  1 引言

  In2O3作为一种气敏材料,以其较高的灵敏度和选择性日益引起人们的重视。自1993年以来,国内外对In2O3气敏性能研究开始活跃,特别是2000年以来出现了大量的文献报道。我国的研究起步较晚,最早见于1995年,但论文数量及研究深度都不及国外。目前以In2O3为基体材料的研究及其用作低浓度氧化性气体的检测已有一些报道,但用于检测NO2气体的元件的工作温度较高,A.Gurlo等人用溶胶-凝胶法制备了In2O3薄膜器件,实验结果表明,在250℃时对于NO2浓度小于2×10-4时有较快的响应,而在150℃时对NO2响应降低。

  In2O3与SnO2,ZnO,Fe2O3相比,具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性等特点。因此可以通过掺杂不同的金属(氧化物),形成施主型或受主型能级,改变它的气敏性能,提高它对某种气体的灵敏度或选择性。

  对于溶胶-凝胶方法来说,实现液相掺杂是比较困难的。本文采用化学沉淀法制备In2O3纳米粉体材料,并通过固相掺杂改善其气敏特性,对烧结型旁热式气敏元件进行了研究,分别掺入WQ3,CeO2,PdCl2,La2O3,RuO2,SnO2等掺杂剂,制作了气敏元件,研究了对NO2气体的敏感特性。

  2 实验

  2.1 In2O3纳米粉体的制备

  将一定量高纯金属In溶于一定浓度的盐酸中制成InCl3水溶液,然后用1:4(体积比)的稀氨水滴定。滴定完毕时,pH值为7,将得到的沉淀离心洗涤数遍去除Cl-,再将得到的沉淀烘干后在500℃煅烧2 h,得到In2O3基体材料。

  2.2 器件制作及测量

  在In2O3粉料中掺人一定质量的掺杂剂,将混合敏感料研磨成浆料,涂敷在陶瓷管上,在600℃烧结2 h后,制成烧结型气敏元件,并利用RQ-2型气敏元件特性测试仪测试元件的性能。

  灵敏度(S)定义为元件在空气中的阻值(R0)与在待测气体中阻值(Rg)之比值,对于氧化性气体S=Rg/R0,对于还原性气体S=R0/Rg。

  3 结果与讨论

  3.1 In2O3材料的分析表征

  对所制备的In2O3粉体进行X射线衍射分析,结果如图1所示。其XRD谱符合JCPDS卡片60416,表明所得的粉体为多晶态方铁锰型结构的In2O3材料。根据Scherrer公式:D=57.3×0.89λ/βcosθ。计算得到平均晶粒径约为20 nm。

  

  

  3.2 元件的特性

  3.2.1 掺杂剂种类对In2O3的敏感性能影响

  本实验以In2O3为基体材料,分别掺人质量分数为2%的WO3,CeO2,PdCl2,La2O3,RuO2,SnO2作为掺杂剂,制作了气敏元件,并通过对SO2,CO,CH4,Cl2,NO2五种气体在体积分数为1×10-4条件下进行了检测,发现以PdCl2和CeO2作为掺杂剂的元件对NO2的灵敏度较好,如图2所示。

  

  

  3.2.2 掺杂剂含量对In2O3的敏感性能影响

  为了详细了解掺杂剂对In2O3的敏感性能影响,又制作了掺有不同含量的PdCl2和CeO2的元件。发现含有的PdCl2元件的工作温度为100℃左右,如图3(a)所示,最佳掺杂量为2%,在NO2体积分数为0.5×10-4的情况下灵敏度为170,其检测下限可达1×10-6;掺杂剂为CeO2的元件工作温度为80℃左右,如图3(b)所示,最佳掺杂量为5%,在NO2体积分数为0.5×10-4的情况下灵敏度达到1600,可以检测体积分数为10-7量级的气体。

  

  

  3.2.3 敏感元件的选择性

  掺杂的In2O3元件对于气体体积分数为1×10-4的SO2,CO,CH4,Cl2四种气体和体积分数为0.5×10-4NO2的灵敏度如图4所示,元件对于SO2,CO,CH4,Cl2四种气体的灵敏度低于10,而掺杂PdCl2的元件对于NO2气体灵敏度为170,掺杂CeO2的元件对于NO2气体灵敏度为1600,可见掺杂的两种NO2元件均显示出良好的选择性。

  

  

  4 结 论

  以化学共沉淀制备的In2O3为基体材料,由固相掺杂制成的旁热式烧结型元件,在低于100℃的工作温度下,以PdCl2和CeO2作为掺杂剂的元件对NO2气体敏感性较好,掺杂质量分数为2%PdCl2和5%CeO2的元件对体积分数为0.5×10-4NO2的灵敏度分别为170和1600,而且两种元件对NO2均表现出较好的选择性。

  本文使用海纳锐利编辑并转载, 版权归原作者所有。

关键字:元件  ZnO  禁带宽度  化学沉淀  JCPDS  XRD  Scherrer  气体传感

编辑:ssb 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sape/200802/article_17762.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
元件
ZnO
禁带宽度
化学沉淀
JCPDS
XRD
Scherrer
气体传感

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved