《基於一維矽納米結構的微型電離氣敏感測器研究》是依託華東師範大學，由張健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於一維矽納米結構的微型電離氣敏感測器研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張健
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣體電離式感測器以檢測氣體電離後產生帶電離子形成電流的方式來實現對氣體成分和濃度分析。常規的電離感測器由於製作複雜，體積龐大，擊穿電壓偏高等限制了其套用。本研究中，採用電化學腐蝕方法製備的垂直矽納米線陣列作為正電極，研製垂直腔式微型電離感測器。採用MEMS加工技術製作間隙在亞微米量級的微電極結構，可以有效地降低工作電壓，減小製造難度，提高工作的穩定性等。通過本項目研究，從理論上研究微米/納米間隙電極中不同氣體的放電規律，從實驗上製造出高靈敏度穩定的微型電離氣敏感測器，將工作電壓降低至人體安全電壓以下（36V），解決電離感測器存在的工作電壓高，穩定性差等問題。該感測器將會在氣相色譜，大氣有害氣體的監測報警等方面有很大的套用價值。
結題摘要
氣體放電，尤其是微小間隙放電研究，具有突出的學術價值。本研究以矽納米線(SiNWs)作為對象，研究其製備、修飾，以及在場致電子發射、電暈放電和氣體電離等方面的性能。主要研究結果如下： 第一，完成了矽納米電極最佳化製備，並對其進行了金納米粒子修飾，得到新型Au/SiNWs複合放電電極。運用金屬輔助化學濕法刻蝕，製備了直徑在50-300nm，具有高長徑比直立結構的SiNWs。通過矽烷偶聯劑APTMS將金納米粒子組裝到SiNWs表面，金納米粒子平均直徑為10nm，為單晶結構，含量為7.26%。 第二，研究了SiNWs 以及Au/SiNWs的真空場發射性能，獲得了超低的開啟電場。首先，研究了不同類型SiNWs的場發射性能，發現 n 型低摻雜SiNWs的場發射性能最好。其次，採用Au/SiNWs複合結構來提高場發射性能，發現經過修飾後，開啟電場由未修飾的1.76 V/μm降低至0.17 V/μm，場發射性能有了很大改進。同時由於金納米粒子的修飾作用，提高了SiNWs的導電性能，所以電流密度也因此增大。變溫場發射特性研究，發現SiNWs的場發射性能隨著溫度的增加而略有所提高，而隨著溫度的升高Au/SiNWs的場發射性能明顯提高。最後，鑒於SiNWs表面本徵氧化層的存在，提出了基於MIS的SiNWs能帶模型，分析了場發射機理。 第三，採用SiNWs尖端-金屬平面電極結構，研究了常溫常壓下，SiNWs電極的正電暈和負電暈放電特性。採用簡化針尖-平面電極模型，進行了器件設計與製造。得到正電暈放電起始電壓在700V左右，穩定工作電壓範圍為700-1600V；而負電暈放電起始電壓在400V左右，工作電壓範圍為400-1700V。發現負電暈的電暈範圍比正電暈更大，且更穩定。 第四，利用微機械加工SiNWs電極，研究了微米間隙尺度(1-20μm)下SiNWs電極氣體電離特性，發現微小間隙下放電規律與經典Paschen公式的背離。首先，利用MEMS技術製作出兩種電極結構：刻蝕玻璃形成玻璃凹槽式以及矽選擇性刻蝕形成矽凹槽式電極結構，電極間隙在微米級可控。接著在常溫常壓下研究SiNWs的電離全伏安特性，測得空氣的擊穿電壓僅為21±1V左右，遠遠低於其他一維納米材料。其次分別研究了矽納米參數對例如矽片類型,摻雜濃度等放電特性的影響.
