Ag掺杂In2O3等纳米颗粒的制备及性能研究 (2)
金属氧化物半导体，作为一种主要的气体传感材料，由于近年来在工业上和国内应用于有毒和爆炸性气体检测方面而引起了人们巨大的关注。而贵金属由于其特殊的催化活性，例如Pt,Pd,Ag和Au，通常作为增敏剂被加入到金属氧化物半导体中用来提高在特定条件下的传感器的性能[2]，当贵金属通过不同的方法负载到金属氧化物半导体表面的时候，会产生非常丰富的活性中心，降低反应势垒，也就是提供降低反应难度的途径，从而改善氧化物半导体气体传感器的各种性能，例如响应强度、选择性、检测极限和稳定性等等。因此贵金属的掺杂是一种常用的提高气体传感器的气敏性能的手段，本毕业设计以银和氧化铟为研究对象，首先制备出氢氧化铟前驱体，再经过高温煅烧得到我们所需要的具有独特形貌的氧化铟。最后，通过室温反应，将银沉积在氧化铟表面，得到氧化铟-银复合体系。并对复合体系的结构进行表征和其气敏性质的研究 。该论文对所得产品进行了XRD，Raman，TEM，SEM等表征，并研究了其气敏性能。通过对反应体系及参数的控制，希望可以获得气敏性能更为优异的材料。
1.1 半导体气敏传感器
1.1.1 概述
在当代社会的生产和生活中，我们会接触到各种各样的污染环境而且危害我们身体健康的气体，因此需要我们对它们进行检测与监控。气敏传感器是常见传感器的一种，它的功能是将气体浓度、种类等信息转化为电信号，直观的得到我们所需的各种实验数据。而且气敏材料作为气敏传感器中的最主要的部件，与其传感性能的优异紧密相关。气敏传感器的类型可以分为很多种，主要有接触燃烧式气敏传感器，半导体气敏传感器以及电化学气敏传感器[3]。
金属氧化物半导体（MOS）气敏传感器是一种已投入量产工艺较为成熟的传感器类型，常用于工业上各种挥发性有机物（VOS）例如：酒精，煤气，天然气，石油化工等生产部门的这些容易燃烧容易爆炸并且有毒害气体的监测，预报和自控。只用一种传感器是不可能做到检测所用不同种类而且性质也都大不相同的气体的，因此半导体气敏传感器的种类很多。相对于其他气敏传感器，MOS气敏元件具有制作成本低廉，工艺简单，响应恢复迅速，使用时间长，循环稳定性能高，电路简单以及对湿度敏感低等优点。但是仍然存在着一些固有的缺陷，例如操作温度偏高、对待测气体的响应很差、元件参数不容易控制、能耗大等缺点，限制了其在实际检测领域的应用。随着科技的迅猛发展，气敏传感器的研究也取得了很大的进展，但这些还远远不够。我们现在应该把研究重点放在如何提高气敏传感器的性能上，优化其灵敏度，选择性和稳定性，降低其最优的工作温度，从而制备出成本低廉并且能耗低的产品。因此,克服这些问题,探索具有新颖结构的贵金属功能化半导体是非常有必要的，在气敏传感器领域又将会是一大新的突破。
1.1.2 金属氧化物半导体（MOS）气敏传感器的原理
金属氧化物半导体（MOS）气敏传感器所运用的原理较为简单，当待测气体均匀分布在密闭空间中，气体和半导体表面接触，改变半导体表面的载流子浓度，从而导致电导率等物理性质发生变化，将气体浓度信息转化为直观的电信号。按照敏感材料与气体接触的时候发生的变化是深入至半导体的内部还是只存在于半导体的表面可将其分为体控制型和表面控制型两种。前者半导体与待测气体之间相互作用，使得半导体内部组成发生了变化，从而导致电导率产生变化。而后者半导体表面上所吸附的氧化性或者还原性气体与半导体之间会发生电子接受或者输出反应，导致半导体的电阻率等一些物理性质产生变化，但是内部的组成没有变化。常见的金属氧化物半导体气敏材料有氧化锡[4]，氧化锌[5]和氧化铟等，是目前应用最多，实用价值最大的，大都应用在一些具有可燃性的气体的检测上。当材料暴露在空气氛围下，加热至一定的操作温度，半导体表面会吸附空气中的氧气分子，氧气分子会从半导体的导带中俘获电子，在其表面形成不同种类的氧负离子（O2-、O-、O2-），从而导致表面形成电子耗尽层，使载流子浓度降低，提高半导体电阻。此时，如果半导体材料接触到还原性气体，如乙醇、甲醇等挥发性有机溶剂（VOS），气体分子会和氧负离子发生反应，释放出电子，当电子回到导带的时候，电子耗尽层消失，元件电阻变小。反之，当气敏材料表面被暴露在NO2等具有氧化性质的气体中时，氧化性气体与氧负离子相互作用会继续捕获电子，使得表面的载流子浓度进一步降低，电子耗尽层范围进一步扩大，元件电阻也同时上升。由于只是在表面作用，所以内部得化学组成并没有发生变化。电阻体控制型材料有TiO2、Fe2O3[6]等，这些材料在和气体进行反应时，会改变半导体内部组分，导致电阻变化。
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