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木论文利用直流磁控溅射的方法在硅基片上沉积非晶碳膜,从而形成非晶碳膜/硅(a-C/Si)异质结材料,再在a-C/Si异质结表面沉积金属钯膜,最终得到钯/非晶碳膜/硅(Pd/a-C/Si)异质结材料。并首次将Pd/a-C/Si异质结材料应用到氢气的探测当中。通过在不同浓度氢气中对Pd/a-C/Si异质结材料电学特性的详细研究,获得了制备氢气气敏特性优异的Pd/a-C/Si基异质结材料的最佳参数,最终制备出了对氢气敏感的Pd/a-C/Si基异质结材料。围绕以上内容,具体开展了以下三方面的工作:
首先,对钯/非晶碳膜/硅(Pd/a-C/Si)异质结材料的氢气敏感特性进行了较为详细的研究。发现:(1)对氢气敏感的Pd/a-C/Si异质结材料的制备参数是:100℃下沉积100纳米左右的非晶碳膜,金属钯膜的面积小于a-C的面积;(2)所制备的Pd/a-C/p-Si异质结材料在空气与在氢气中的电流改变接近5倍;(3)所制备的Pd/a-C/n-Si异质结材料在空气与在氢气中的电容改变接近1倍。根据固体物理和半导体物理的相关理论,提出了相应的能带模型解释了上述的实验现象。研究表明:Pd/a-C/Si异质结材料在氢气探测领域有着巨大的应用前景。
其次,对钯/硼掺杂非晶碳膜/n型硅(Pd/B:a-C/n-Si)异质结材料的氢气敏感特性进行了详细的研究。研究发现:(1)对氢气最为敏感的Pd/B:a-C/n-Si异质结材料的制备参数是:100℃下沉积30纳米左右的硼掺杂非晶碳膜,n型硅基片的最佳电阻率是2-3Ω·cm,最佳的硼掺杂浓度为5 wt％,金属钯膜沉积时间是5秒,金属钯膜的面积小于B:a-C的面积;(2)最佳参数下制备的Pd/B:a-C/n-Si异质结材料在空气与在氢气中的电容改变接近2倍。同样也提出了相应的能带模型解释了上述实验现象。研究表明:Pd/B:a-C/n-Si异质结材料也可以用来开发氢气传感器元件。
最后,对钯/磷掺杂非晶碳膜/p型硅(Pd/P:a-C/p-Si)异质结材料的氢气敏感特性进行了简单的研究。研究发现:(1)对氢气敏感的Pd/P:a-C/p-Si异质结材料的制备参数是:室温下沉积磷掺杂非晶碳膜,金属钯膜的面积小于P:a-C的面积;(2)所制备的Pd/P:a-C/p-Si异质结在空气与在氢气中的电容改变接近60％。提出了相应的能带模型解释了上述现象。研究表明:Pd/P:a-C/p-Si异质结材料也可用来开发氢气传感器元件,但应用潜力没Pd/a-C/Si以及Pd/B:a-C/n-Si两种异质结材料的好。