单片光电集成器件与材料基础研究项目综合论证报告.pptVIP

PAN-AA/NMP传感器敏感特性 敏感机理讨论 聚苯胺不同于一般的导电聚合物，它的电导主要决定于两个因素：质子化程度和氧化程度。 为了提高聚苯胺的导电性，不仅可以采取质子化掺杂，而且还可采取氧化掺杂。 由于ＮＯ2是一种氧化性气体，当聚苯胺ＬＢ膜置于其中时，这种氧化性气体与聚苯胺中的π-π电子体系接触，电子可能发生从聚苯胺向ＮＯ2气体中的转移。聚苯胺将带正电荷，增加了作为Ｐ型半导体聚苯胺中的空穴浓度，导电性提高，因而在刚接触ＮＯ2时，电阻很快减小。 但是，随着ＮＯ2气体浓度的增加和氧化时间的增长，氧化程度也将极大地增加，这便会改变聚苯胺原先半氧化半还原的状态，使之成为更高的氧化态，此时的导电性反而会降低（这是因为当聚苯胺处于半氧化半还原的掺杂状态时电导率最高，氧化和还原程度的过度提高都将使电导率下降），因此ＰＡＮ/ＮＭＰＬＢ膜在与气体接触一段时间后电阻反而升高，但其并不超过在空气中的电阻。因而可通过测定聚苯胺ＬＢ膜在ＮＯ2气体中电阻的变化来检测聚苯胺ＬＢ膜的气敏特性。 3、酞菁铜ＬＢ膜的制备及特性 （1）研究意义 （2）实验方法 （3）结果分析 （4）敏感机理分析 （1）研究意义 近年来，ＬＢ膜在气体传感器方面的应用引起了人们的极大关注。使用ＬＢ膜制作的气敏元件，吸附气体的速度快，选择性强，能在常温下工作，且元件的重复一致性好，便于向微型化、集成化方向发展。 酞菁是一类对气体具有敏感特性的有机半导体材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性。 选用一种可溶性的对称取代酞菁铜（（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃ）作为成膜材料，制备了不同层数的（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜，并对其ＮＯ2气敏特性进行了研究。 （2）实验方法 LB膜工艺 LB膜分析 气敏特性测试方法 LB 膜工艺 采用自制的ＭＣ-1型半自动ＬＢ拉膜机，制备了不同层数的(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜。 将(ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃ溶于氯仿，配成浓度为10-4ｍｏｌ/Ｌ的溶液。 在Ｌａｎｇｍｉｕｒ拉膜槽中，以去离水作为亚相溶液，用微量注射器将溶液滴加到洁净的水面上，待溶剂完全挥发，压缩挡板，控制压缩速度为 0.24ｍｍ/ｍｉｎ，同时检测膜压。在表面张力为 28.5ｍＮ/ｍ时，分别于带有叉指电极的Ｓｉ基片（电极间距为 20μｍ）和石英基片上沉积不同层数的ＬＢ膜。ＬＢ膜的沉积参数为:ｐＨ=8.2；提拉速度 1ｍｍ/ｍｉｎ；亚相温度 20℃；沉积方式为Ｚ型。 LB膜分析 采用ＵＶ1100紫外－可见（ＵＶ-Ｖｉｓ）分光光度计测量不同层数的 （ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃ ＬＢ膜的吸收光谱。 气敏特性测试方法 将一定量的Ｐｂ(ＮＯ3)2固体粉末置于装有冷凝管的1000ｍｌ的烧瓶中加热完全分解，得到浓度为 5×10-3的ＮＯ2气体。再用注射器吸取 1～10ｍｌ的该浓度气体注入 500ｍｌ的测试瓶中，得到浓度为 10-5～10-4 的 ＮＯ2气体。 将不同层数的ＬＢ膜片放入不同浓度的气体中，分别测量其电阻的相对变化。对ＬＢ膜进行升温和碘化处理，分别测量不同层数的ＬＢ膜对ＮＯ2气体的敏感特性。同时还对处理前后ＬＢ膜的电阻变化进行了研究。 (ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜在亚相液面上的σ-Ａ曲线 在挡板压缩前，表面张力为0ｍＮ/ｍ。随着压缩的进行，膜压逐渐升高，将σ-Ａ曲线的明显上升部分外推至零表面压，得到每个（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃ分子占有面积约为 0.702ｎｍ2。随着表面张力的增加，膜面积不断减小直至崩溃，此时的表面张力大约为 33.5ｍＮ/ｍ。 (ｉ-ＰｒＯ)4ＣｕＰｃＬＢ膜的ＵＶ-Ｖｉｓ吸光度随沉积层数的变化图谱 随层数增加，吸收率接近线性增加，根据“布格－朗伯”定律，说明随着沉积层数的增加，薄膜的厚度基本线性增加，即每次转移（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃ到基片上的量几乎相等，转移比接近 1 。 室温下1,3,5,7,9层（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜对ＮＯ2气体的敏感特性曲线 由ＮＯ2气体的敏感特性曲线（ 25 ℃）可知：（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜对ＮＯ2具有较好的敏感特性。随着ＬＢ膜层数的增加，电阻的相对变化量增大，但响应速度减慢。 不同层数的（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜 对ＮＯ2气体的敏感特性曲线（ 25 ℃ ） 膜层越薄，气体越易吸附于其上，响应越快。 随拉膜次数的增加，膜的有序结构将受到环境温度、提膜速度等因素的影响，ＬＢ膜中的分子排列在一定程度上将受到破坏，这相当于在敏感层中增加了一层阻挡层，从而导致响应时间的增长。 室温下 15 层（ｉ-ＰｒＯ）4ＣｕＰｃＬＢ膜 对不同浓度 ＮＯ2 气体