【正文】 坐標(biāo)體 系中 ,那么 ,當(dāng) (α hυ )2=0 時(shí) , (hυ Eg)=0,所以曲線上直線部分在 x軸上的截距就是該材料的禁帶寬度 ,見(jiàn)圖 4。 制備過(guò)程中制備條件的影響 水解溫度的影響 在未到達(dá)最高 SnO2 收率水解溫度前，水解溫度越高， SnO2 收率越高；當(dāng)超過(guò)了最高 SnO2收率水解溫度后，水解溫度越高， SnO2 收率越低。 SnCl4 加入量的影響 在未達(dá)到最高 SnO2 收率加入量前， SnCl4 加入量越多， SnO2 收率越高；當(dāng)超過(guò)最高 SnO2收率 SnCl4 加入量后， SnCl4 加入量越多， SnO2 收率越低。 SnCl4 濃度過(guò)大，沉淀易團(tuán)聚； SnCl4濃度過(guò)低，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，顆粒也會(huì)長(zhǎng)大。 煅燒溫度的影響 隨著煅燒溫度的升高， Sn(OH)4 不斷分解， Sn(OH)4 分解率不斷增加； 當(dāng)高于某一溫度時(shí)， Sn(OH)4 完全分解為 SnO2， Sn(OH)4 分解率達(dá)到 100%。 ３． 氧化錫納米粉體制備過(guò)程中制備條件對(duì)粉體粒徑及形貌的影響。的晶化溫區(qū) (約 600。當(dāng)?shù)渭铀俣刃〉臅r(shí)候，由于溶液在高速攪拌，生成的沉淀量比較小，很快就分散到溶液中，所以形成的沉淀顆粒也比較小，制備出的 SnO2：顆粒的尺寸就比 較小。溶液中加入有機(jī)試劑時(shí)，二氧化錫顆粒為圓球狀或橢球狀，尺寸在 O． 8～ 1． 0168。這是因?yàn)榧尤胗袡C(jī)試劑及表面活性劑后，構(gòu)成類似微乳液的溶液。利用微乳液增溶水舍錫離子的方法，加入硝酸后，硝酸在液滴內(nèi)與 錫酸鈉反應(yīng)。而沒(méi)有加入有機(jī)試劑時(shí)，沉淀發(fā)生沒(méi)有液滴的包裹，所以聚集的機(jī)會(huì)要大得多， SnO2：的形貌很不規(guī)則，顆粒的大小差異很大。氣敏性能測(cè)試包括氣敏元件的制備和氣敏元件的敏感特性。 半導(dǎo)體氣敏元件的工作機(jī)理比較復(fù)雜，雖然已采用各種物理手段進(jìn)行研究，但理論工作仍處在探索之中，很多問(wèn)題尚不清楚。 對(duì) SnO2 來(lái)說(shuō)，其晶格為氧離子缺位。當(dāng)處于這種狀態(tài)的氣敏元件遇到還原性氣體時(shí)，吸附氧就把所捕獲的電子重新給予半 導(dǎo)體，耗盡層逐步消失而表面電導(dǎo)增加。 實(shí)驗(yàn)原理 （一）超細(xì)粉體制備原理 超細(xì)粉體制備采用液相沉淀法，以 SnCl4為原料，制備過(guò)程主要分為兩個(gè)階段 — 水解反應(yīng)和熱處理過(guò)程，其原理如下： SnCl4+3H2O→ Sn(OH)4↓ +3HCl Sn(OH)4→ SnO2+ 2H2O （二）旁熱式半導(dǎo)體氣敏元件的制備原理 負(fù)載氣敏材料的物質(zhì)為氧化鋁陶瓷管。半導(dǎo)體氧化物用水或粘合物調(diào)成漿料，涂到瓷管的電極間，經(jīng) 600℃~800℃煅燒，可獲得氣敏元件的敏感層。本實(shí)驗(yàn)采用NiCr 電阻絲作為加熱源，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻絲兩端的電壓值可控制元件的工作溫度。 （三）旁熱式半導(dǎo)體氣敏元件的敏感特性原理 半導(dǎo)體氣體傳感器的檢測(cè)可采用動(dòng)態(tài)測(cè)試法和靜態(tài)測(cè)試法兩種。系統(tǒng)提供氣敏元件加熱電源 Vh，回路電源 Vc，通過(guò)測(cè)試與氣敏元件串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的電壓 Vout 的變化可以計(jì)算氣敏元件的輸出電壓，進(jìn)而計(jì)算出氣敏元件的電阻值。通過(guò)測(cè)試氣敏元件分別在乙醇、汽油、 CO 等氣體的靈敏度，可判斷氣敏元件的選擇性，確定其適合何種氣體，用在哪些場(chǎng)合。 儀器與藥品 4，（一）超細(xì)粉體制備儀器與藥品 圖 3 測(cè)試原理示意圖 儀器 多孔水浴鍋， 離心機(jī)， 酸度計(jì)， 多用滴管， 燒杯， 離心試管 藥品 溶液， 鹽酸， 溶液，(NH4)2SO4溶液 （二）旁熱式半導(dǎo)體氣敏元件制備儀器與藥品 儀器 馬弗爐， 氣敏元件封裝機(jī)， 電烙鐵， 瑪瑙研缽， 干燥箱， 氣敏元件老化臺(tái) 材料與藥品 氧化錫納米粉， PdCl， La(NO3)3,甲基纖維素松油醇粘合劑，帶金電極的瓷管，毛筆，鑷子，電阻絲，氣敏元件基座，氣敏元件封網(wǎng)，罩酒精棉 ，方瓷舟，焊錫，焊錫膏 四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 （一） SnO2超細(xì)粉體的制備 1. 玻璃儀器的清洗 實(shí)驗(yàn)中所用一切玻璃器皿均需嚴(yán)格清洗。 2. 制備工藝 用電子天平稱取一定量的四氧化錫固體，溶于小燒杯置中，得到一定濃度的四氯化錫溶液，將溶液置于磁力攪拌器上 ,攪拌狀態(tài)下加入聚乙二醇和稀氨水 ,產(chǎn)生白色沉淀，繼續(xù)加入聚乙二醇和稀氨水直至沉淀不再增加。離心后倒掉上層液體后加入去離子水，用玻璃棒攪拌均勻，繼續(xù)離心 5 分鐘，再倒掉上層液體，加入無(wú)水乙醇，用玻璃棒攪拌均勻，再離心 5 分鐘。將所得的沉淀物移至小燒杯中，放入干燥爐中干燥。焙燒后將所得物品放入研缽中研磨，得到氧化錫納米粉體。根據(jù)三組實(shí)驗(yàn)要求，用電子天平分別量取四氧化錫固體 ， ， ， 置于四個(gè)小燒 杯中，貼上標(biāo)簽，做上記號(hào)，分別記為 A1， A2， A3， A4。用玻璃棒攪拌，待四氧化錫固體完全溶解后，用 10mL 移液管從 A4 樣品中分別移取 10mL 溶液置于另外六個(gè)空燒杯中，貼上標(biāo)簽，分別記為 B1,B4， C1， C2。然后按照“制備工藝”所述進(jìn)行操作。焙燒時(shí)間為 1 小時(shí)。 所加入的酸或者堿溶液與鹽所水解后溶液的酸堿性相同，而且酸堿溶液中的氫離子或者氫氧根 離子濃度小于鹽所水解產(chǎn)生的氫離子或者氫氧根離子濃度，稀釋了溶液，則促進(jìn)鹽的水解。 對(duì)于鐵離子水解平衡，加入堿溶液，促進(jìn)水解；加入酸溶液，酸中氫離子濃度大于原溶液的，抑制水解；酸中氫離子濃度小于原溶液的，稀釋了溶液，促進(jìn)了水解。比如加水稀釋，平衡右移，水解程度增大 根據(jù)平衡移動(dòng) 的原理，在鹽溶液中加入適量的酸或堿后，由于增大了鹽溶液中 H+或 OH的濃度，使平衡向左或向右移動(dòng)，這樣就可以抑制或促進(jìn)水解反應(yīng)的進(jìn)行。 水解器皿在使用前為什么要清洗干凈，若清洗不凈會(huì)帶來(lái)什么后果？ 儀器受到的污染，防止里面存在的雜質(zhì)離子影響實(shí)驗(yàn)，如存在其他離子，通過(guò)我們的用蒸餾水和用乙醇清洗根本無(wú)法出去特殊的雜質(zhì)離子，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的判斷。一般主要是盛放化學(xué)試劑 ，所以內(nèi)部比較臟，外面比較干凈。如果沒(méi)有，那就是看清潔結(jié)果，最終目的是清洗干凈，方法不唯一，在不斷地實(shí)踐中，能摸索出一套適合自己的清洗方法。 如何精密控制水解液的 pH 值？為什么可用分光光度計(jì)監(jiān)控水解程度？ 膠體顆粒的形成及長(zhǎng)大受 pH 影響很大，終點(diǎn) pH 過(guò)大，形成的膠體則成為沉淀導(dǎo) 致顆粒長(zhǎng)大， pH 控制過(guò)小，雖能形成膠體顆粒，但 sn4+不能完全生成 sn(OH)4 前驅(qū)體，原料利用率低。所以可以用ｐｈ計(jì)來(lái)進(jìn)行即使測(cè)量。用可見(jiàn)分光光度計(jì)可以測(cè)量和 記錄其吸收程度（吸光度）。 可見(jiàn)分光光度計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、使用方便的單光束分光光度計(jì)，基于樣品對(duì)單色光的選擇吸收特性可用于對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量分析。過(guò)濾是用濾紙或其他多孔材料分離懸浮在液體或氣體中固體顆粒、有害物質(zhì)的一種方法。操作時(shí)注意要做到“一貼、二低、三靠”。二低。 璃棒下端緊靠濾紙三層處。注意 濾前應(yīng)用玻璃棒攪拌，然后進(jìn)行過(guò)濾。 ：用燒瓶或滴管向過(guò)濾器中加蒸餾水，使水面蓋沒(méi)沉淀物，待溶液全部濾出后，重復(fù) 2~3 次。離心機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開(kāi)；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(kāi) (例如從牛奶中分離出奶油 )；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機(jī)甩干濕 衣服；特殊的超速管式分離機(jī)還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點(diǎn)，有的沉降離心機(jī)還可對(duì)固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級(jí)作用就是調(diào)節(jié)溶液呈堿性。 氧化鋅的合成 向 1． 0 mol L 的 H2C2O4 溶液，70~C恒溫?cái)嚢杓恿贤瓿珊罄^續(xù)保溫反應(yīng) 0． 5 h。 L1的草酸溶液超聲洗滌 (功率： 250w，頻率： 59 kHz)、減壓過(guò)濾及 120~C 真空干燥 2h，得到前驅(qū)體樣品 P1；另一份經(jīng)蒸餾水洗滌后減壓過(guò)濾及 120oC 干燥 2 h，得到前驅(qū)體樣品 P2。 氧化鐵的合成 無(wú)機(jī)鹽水解法通常選用 FeC1 溶液為原料，在微波的環(huán)境下， Fe 進(jìn)行強(qiáng)迫水解得到前驅(qū)體，經(jīng)煅燒獲得納米氧化鐵。通過(guò) H2P04一與晶粒的吸附和解吸附作用，使晶粒呈針形。 半導(dǎo)體氣敏材料為什么一般選用納米材料？ SnO：作為氣敏材料使用是從 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始的，它是研究最多、應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體氣敏材料。以氧化錫為基體材料，并摻入適當(dāng)?shù)拇呋瘎┗蛱砑觿€可制得對(duì)酒精、硫化氫、一氧化碳和甲烷等氣體具有選擇性敏感作用的氧化錫氣敏元件。 半導(dǎo)體氣敏元件使用前為什么要進(jìn)行老化？ 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成化程度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)越來(lái)越細(xì)微，工序越來(lái)越多，制造工藝越來(lái)越復(fù)雜，這樣在制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生潛伏缺陷。電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性取決于設(shè)計(jì)的合理性、元器件性能以及整機(jī)制造工藝等因素。 電子產(chǎn)品在生產(chǎn)制造時(shí)，因設(shè)計(jì)不合理、原材料或工藝措施方面的原因引起產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題有兩類，第一類是產(chǎn)品的性能參數(shù)不達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)的產(chǎn)品不符合使用要求；第二類是潛在的缺陷，這類缺陷不能用一般的測(cè)試手段發(fā)現(xiàn)，而需要在使用過(guò)程中逐漸地被暴露，如硅片表面污染、組織不穩(wěn)定、焊接空洞、芯片和管殼熱阻匹配不良等等。顯然，對(duì)每只元器件測(cè)試一千個(gè)小時(shí)是不現(xiàn)實(shí)的，所以需要對(duì)其施加熱應(yīng)力和偏壓，例如進(jìn)行高溫功率應(yīng)力試驗(yàn)，來(lái)加速這類缺陷的提早暴露。電子產(chǎn)品的失效曲線如圖 1 所示。這種為提高電子產(chǎn)品可 用 度和延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行必要的考核，以便剔除那些有 “ 早逝 ” 缺陷的潛在 “ 個(gè)體 ”（元器件），確保整機(jī)優(yōu)秀品質(zhì)和期望壽命的工藝就是高溫老化的原理。直熱式氣敏元件，加熱絲和測(cè)量電極一同 燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)。 除此以外，氣敏元件還可以以電阻式和非電阻式形式區(qū)分。表面控制型氣敏元件是利用半導(dǎo)體表面因吸附氣體而引起元件電阻值變化的特性而制成，常用的金屬氧化物半導(dǎo)體材料有氧化錫、氧化鋅等，靈敏度高，響應(yīng)速度快。常用的元件材料有氧化錫、氧化鈦、氧化鈷、 rFe2O3 等，在高、低溫條件下的穩(wěn)定性均較好。氣敏二極管的工作原理是，如果二種極管選用鉑 /硫化鎘、鉑 /氧化鈦、鈀 /氧化鈦、鈀 /氧化鋅等材料制作，二極管的金屬與半導(dǎo)體的界面就會(huì)吸附氣體，而氣體又會(huì)對(duì)半導(dǎo)體的禁帶寬度造成影響，則二極管的整流特性就會(huì)因氣體濃度的變化而變化。若保持漏電流 ID 不變，則柵壓 VG 與氫氣濃度成正比。 氣體傳感器的阻溫特性主要是表面氧吸附與溫度的關(guān)系以及載流子穿越勢(shì)壘 (包括擴(kuò)散發(fā)射、勢(shì)壘貫穿 )與溫度關(guān)系綜合作用的結(jié)果典型的表面控制型 SnO2 氣體傳感器 ,典型的傳感器處于正常大氣環(huán)境中 ,則吸附大氣中的活性氣體氧氣 , O2 以 O O 、 O2 等吸附氧形式塞積在 晶粒間的晶界處 ,造成高勢(shì)壘狀態(tài) ,阻擋載流子運(yùn)動(dòng) ,使半導(dǎo)體器件處于高電阻狀態(tài) ,當(dāng)加熱電壓較低 (0～ 2V)時(shí) ,元件溫度較低 ,氧在 SnO2 晶粒表面為物理吸附 ,不影響元件的電阻 . 在加熱電壓較高 (3 ～ 6V)時(shí) ,元件溫度高 ,促進(jìn) O2轉(zhuǎn)變?yōu)?O和 O2,提高了勢(shì)壘高度 ,從而限制載流子運(yùn)動(dòng) ,電阻升高 . 1解釋氣解元件的阻值隨加熱電壓的變化。該變化與材料表面氧氣吸／脫附過(guò)程、材料致密化過(guò)程、溫度對(duì)物質(zhì)禁帶影響有關(guān) 。 圖 2 為氣敏元件測(cè)試電路采集的 SnO2 氣敏元件對(duì)空氣和 3105 甲醛氣體的輸出電壓波形。當(dāng)甲醛體積分?jǐn)?shù)從 0 升高到 3105 時(shí)，元件上電壓變化了約 150 mV。元件的靈敏度隨甲醛體積分?jǐn)?shù)的減小而降低，如圖 3 所示。吸附氣體濃度越高，電阻率的變化也越大。 半導(dǎo)體納米材料的應(yīng)用前景 半導(dǎo)體納米材料所具有的各種量子效應(yīng)和其獨(dú)特的性質(zhì)，使其在未來(lái)的各種功能器件的應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，其中包括以微結(jié)構(gòu)激光器為主的光電子器件、以單電子晶體管為主的量子電子器件以及利用量子點(diǎn)微結(jié)構(gòu)具有的大的光學(xué)非線性性質(zhì)制造的光學(xué)器件等．隨著社會(huì)信息化水平的提高， 21世紀(jì)數(shù)據(jù)傳遞將以冒新月異的速度發(fā)展． 但以電子為載體的傳輸信息流由于技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的原因，其傳輸量只能達(dá)到數(shù)百 Mb／ s， 難以滿足未來(lái)信息社會(huì) Tb／ s(超太容量傳輸?shù)囊螅虼?，高碼率信息流的傳輸、交換處理與儲(chǔ)存技術(shù)是社會(huì)信息化的關(guān)鍵技術(shù)．伴隨著光電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和相互緊密結(jié)合與滲透，這兩種技術(shù)，尤其是半導(dǎo)體光電子和集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)社會(huì)信息化不可替代的手段，也將進(jìn)一步發(fā)展成為新世紀(jì)的信息高技術(shù)產(chǎn)業(yè)． 由于半導(dǎo)體光電子器件和半導(dǎo)體傲電子器件具有高效率、高頻率、低功耗、長(zhǎng)壽命、高可靠性、多功能、微小尺寸、易集成、易批量低成本生產(chǎn)，尤其是兩者易于相互兼容等優(yōu)點(diǎn)，使其在這兩種技術(shù)中，特別是在信息傳輸、交換、互連、處理、顯示 等方面具有獨(dú)特和關(guān)鍵的基礎(chǔ)地位，在日臻完善的微電子工藝技術(shù)和先進(jìn)的半導(dǎo)體納米材料生長(zhǎng)技術(shù)的支持下，半導(dǎo)體光電子學(xué)和半導(dǎo)體微電子學(xué)已成為當(dāng)今最活躍、最熱門(mén)的科學(xué)之一，其相關(guān)器件的設(shè)計(jì)和研制也將成為新世紀(jì)最重要的產(chǎn)業(yè)之近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體納米材料研究的深入，量子點(diǎn)分子和量子點(diǎn)晶體的研究已越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注． 量子點(diǎn)可以看作一個(gè)比實(shí)際原子尺寸大得當(dāng)?shù)娜嗽煸樱匀嗽煸訛榛?，通過(guò)量子點(diǎn)問(wèn)的耦合和相互作用則形成一種分子，稱這種人造分子為量子點(diǎn)分子 這種新型的人造分子不同于通常以原子為基元構(gòu)成的分子，具有獨(dú)特而 新奇的性質(zhì) (比半導(dǎo)體量子點(diǎn)更加可控制和利于實(shí)際應(yīng)用的性質(zhì) )．目前已利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)分子制備出了數(shù)字邏輯電路單元。 進(jìn)一步探索壘光網(wǎng)絡(luò) (包括全光學(xué)計(jì)算機(jī) )，是人類社會(huì)信息時(shí)代追