工作温度对氧化锌氨气传感器的影响实验研究任务书

 2021-11-18 10:11

1. 毕业设计(论文)主要内容:

液氨用途广泛,可作医药和农药原料、有机化工产品的氨化原料以及降温制冷剂。但液氨存储不当可能会导致氨气泄漏,氨气是一种有毒有害且易燃易爆炸的气体,会对人们生命财产安全造成极大的威胁。故而针对氨气的气敏传感器具有一定的研究意义和实用价值。在众多气体探测方法中,基于半导体材料的电阻型气敏传感器具有结构简单、成本低廉、稳定性好等优点,是研究最为广泛的气敏传感器之一。在各类半导体材料之中,氧化锌是一种常见的直接带隙宽禁带N型半导体氧化物,其制备工艺简单、原料丰富、无毒无害,以及有着优越的光电性能,是最具有发展前景的金属氧化物半导体气敏材料之一。本课题旨在通过改变氧化锌气敏传感过程中的工作温度条件,获得不同工作温度下的氧化锌薄膜,并对氧化锌气敏传感机理进行讨论研究。首先利用磁控溅射法制备氧化锌薄膜;其次搭建好氨气传感测试系统,保证氧化锌薄膜能够进行动态气敏传感测试;验证氧化锌薄膜对氨气的气敏响应,探究不同工作温度对氨气传感特性的影响;总结出氧化锌薄膜的最佳工作温度条件,并解释不同工作温度对氧化锌薄膜气敏特性的影响及其背后机制原理,对氧化锌薄膜的气敏传感机理研究有着指导性意义。

2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1.设计(论文)完成的主要任务: (1)了解氧化锌薄膜的不同制备方法及其优缺点;了解气敏传感器的不同类型,对比分析电阻型气敏传感器与其它类型传感器的优劣;对气敏传感器的性能参数及其定义有明确的了解; (2)深入理解磁控溅射镀膜方法的原理及重要参数;深入理解以氧化锌为例的半导体材料对氨气的响应机制;根据气敏传感原理,分析影响氧化锌气敏特性的工作温度条件,拟定实验方案; (3)改变气氛环境的氧氩比,制备带叉指电极的氧化锌薄膜;搭建实验平台,测量在一定浓度的氨气(N2和O2为背景气体)中氧化锌薄膜的导电性变化情况,分析其本质的响应机制;分析并总结在不同工作温度条件的下的氧化锌薄膜气敏特性,解释不同工作温度对氧化锌薄膜气敏特性的影响及其机制原理。2.设计(论文)的要求:(1)查阅不少于15篇的相关资料,其中英文文献不少于3篇,完成开题报告。(2)完成不少于5000汉字的英文文献翻译。(3)理解半导体材料气敏响应的传感机制,完成对不同生长条件对氧化锌薄膜气敏特性影响的探究。(4)完成不少于12000字的论文。

3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解氧化锌薄膜的不同制备方法及其优缺点;了解气敏传感器的不同类型及其优势劣势,对气敏传感器的性能参数及其定义有明确的了解,完成开题报告;第4 - 6周:完成英文文献翻译,进一步完善研究目标,理解磁控溅射镀膜方法的原理及重要参数,理解以氧化锌对氨气的响应机制,推导其工作温度与氧化锌气敏特性可能的存在的关联,设计实验;第7 - 9周:制备带叉指电极的氧化锌薄膜;通过实验测量氧化锌薄膜在一定浓度氨气环境中的导电率变化情况,分析其响应机制,搭建实验平台,测量在一定浓度的氨气(N2和O2为背景气体)中氧化锌薄膜的导电性变化情况,分析其本质的响应机制;第10-13周:控制工作环境的加热温度,对各个生长条件下制备的薄膜气敏特性实验结果进行分析,联系理论依据,总结出在不同工作温度的气氛环境下制备的氧化锌薄膜的气敏特性且分析其原因,并给出最佳的工作条件。第14-15周:完成并修改毕业论文;第16周: 准备论文答辩。

4. 主要参考文献

[1] Wang C , Yin L , Zhang L , et al. Metal Oxide Gas Sensors: Sensitivity and Influencing Factors[J]. Sensors, 2010, 10(3):2088-2106.[2] Vinoth, E., Gowrishankar, S., et al. Effect of Mg doping in the gas-sensing performance of RF-sputtered ZnO thin films. Applied Physics A, 2018, 124(6):1-8.[3] Nanostructured Materials for Room-Temperature Gas Sensors[J]. Advanced Materials, 2016, 28(5):795-831.[4] 朱国涛. 纳米氧化锌—聚合物复合薄膜气体传感器的研究[D]. 2017, 电子科技大学.[5] 章炜巍,等. 氧化锌中的本征点缺陷对材料光电性能的影响[J]. 材料导报, 2004, 18(9):79-83.

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