用于USN应用的快速反应甲醛气体传感器。外文翻译资料

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2011年9月4日至7日，希腊雅典。

用于USN应用的快速反应甲醛气体传感器。

N -。j . Choi * H -。李开复，S. E. Moon, W. S.杨。

会聚材料与材料研究实验室，电子与电信研究所，韩国大田市，大田市，大田市，大田洞，3131号。

文摘

在硅衬底上制备了以铝掺杂氧化锌为基体的半导体型气体传感器。制备的材料非常精细和均匀，我们通过x射线衍射分析和扫描电子显微镜发现颗粒大小约为10-25纳米。研究了建筑中存在的甲醛(HCHO)气体的气体响应特性。特别是，传感器显示了在ppm (cf，建筑的自然环境标准为80 ppb)中甲醛气体的反应，作为操作温度和气体浓度的函数。最低的检测限是HCHO 25 ppb, 800 ppb的灵敏度在350摄氏度的工作温度下超过60%。与其他商业产品在流型测量条件下的响应时间(8s)相比，HCHO气体的响应时间非常快。重复测量在全量表上非常好。

2011年由爱思唯尔有限公司出版。

关键词:甲醛;气体传感器;金属氧化物;速度

介绍

在过去的几十年里，室内空气质量差(IAQ)引起了全世界的关注[1]。专家认为，HCHO是最重要的室内空气污染物，是诱发疾病的建筑综合征。大多数室内甲醛污染是由建筑材料、室内装饰材料、木质家具、地毯等造成的。它强烈刺激人的眼睛和鼻子，是一种致癌物质[2]。许多管理世界卫生组织(WHO) [3]， 1 ppm由国家研究所。

*通讯作者。 电话: 82-42-860-1427;

传真: 82-42-860-5404

电子邮件地址:choinj1@etri.re.kr

1877-7058爱思维尔有限公司2011年出版:10.1016/j.proeng.2011.12.264。

根据CC - nc - nd许可证开放存取。

1. N .。Choi等人/过程工程25(2011)1073 - 1076。

职业安全与机构建立了长期接触一氧化碳的局限性:0.07 ppm(30分钟)平均健康(NIOSH),美国[4],0.06 ppm(1 h平均)由中国环境保护署(EPA)[5],80磅的新建建筑环境对新建筑的韩国[6]。

半导体气体传感器具有低浓度、高灵敏度、抗环境变化和低价格等优点[7-12]。最近，有一些关于使用半导体材料的不同结构的甲醛气体传感器的报道[1,2]。但是，在ppb浓度范围内，响应时间仍然需要几百秒。

在本研究中，制备了基于掺铝氧化锌(AZO)的半导体厚膜传感器，以提高反应速度和灵敏度。此外，他们对ppb级的HCHO气体的反应也受到了不同的操作温度和气体浓度的影响。材料的特点是x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析。

实验的细节

采用LPCVD工艺在4英寸100 p型两侧抛光硅晶圆片上沉积了一个SiO2/ 6ny /SiO2薄膜，厚度为500 um。采用电子束蒸发工艺制备了感应电极的Pt薄膜，并在丙酮中进行了发射过程。感应电极具有10 um宽度和5 um间隙的内部数字(IDT)结构。制备了AZO粉作为气体传感材料。采用滚轧工艺与粘结剂进行了丝网印刷。感应材料在电炉上印刷，并在电炉中烘干。感应膜面积为150150 um2。制备的试样在电炉不同温度下烧结1小时。

利用计算机控制的表征系统对气体传感特性进行了测量。研究了在水冷式钢室中，热卡盘上制备的气体传感器，可以精确控制温度。空气作为平衡气体，在2000年cc/min流量中使用，20个ppm (ppm)的HCHO气体被用作分析物，并与平衡的气体混合，用质量流量控制器(MFC)将需要的分析物浓度从25个单位(ppb)调整到大约2 ppm。用安捷伦数字万用表34970A测量了传感器材料的电阻。

结果与讨论

利用光学显微镜、扫描电镜、表面形貌和厚度、x射线衍射(XRD)等方法对制备的材料进行了表征。所制备的AZO粉的粒径小于50 nm，且面积大于20m2 /g。用偶氮粉制备了50%固体含量的浆料。将scherrer的方程应用于XRD结果，分析了粒径为10~ 25nm的范围，并在烧结温度升高时增加[13]。

在不同的操作温度和气体浓度下，对分析气体的响应特性进行了检测。灵敏度的定义如图1所示。

S (%) = (Ra- rg)/Ra 100 (1)

其中Ra和Rg分别是大气大气和气体大气中传感材料的电阻。

图1所示。该数字显示了数字万用表的真实响应曲线。稳定后3

1075 N .。Choi等人/过程工程25(2011)1073 - 1076。

使用气体流量计，将试验气体注入2分钟，然后注入新鲜空气2分钟，按顺序注入气体浓度分别为25、50、200、800、1670 ppb。平衡气体和目标气体流量分别为2000cc /min和2~ 200cc /min。当气体浓度增加时，灵敏度增加对数。在低浓度下，由于气体扩散问题反应慢，反应速度快。同样浓度(800 ppb)被注入，以确定传感器的可重复性，在灵敏度方面。该传感器在50ppb HCHO浓度中显示超过25%的灵敏度，在350 oC的工作温度下，在0.8 ppm时显示了60%的灵敏度。如图2所示，传感器的响应和恢复速度非常快，重复800 ppb非常好。我们认为快速反应源自于非常小的粒子尺寸的传感材料。考虑到HCHO作为建筑环境中的污染物在建筑环境中的指导价值[14]，我们认为传感器检测HCHO在建筑环境监测中是可行的。

我们测量传感器的响应和恢复时间(图2)。当我们定义响应时间作为传感器达到时期从10%到90%的敏感性在一定浓度和恢复时间亦然,传感器的响应和恢复时间在200年在350 oC是8磅的一氧化碳和32个年代,分别。

结论

摘要在硅衬底上制备了基于AZO的厚膜半导体气体传感器，研究了其在建筑、地铁等室内环境中应用于传感甲醛(HCHO)气体的物理和气体响应特性，作为主要的空气污染物。

利用PC机实时监测了AZO气体传感器的流量类型和传感材料的电阻变化。传感器被测量为操作温度和浓度的函数。最低的检测限是HCHO 20 ppb, 800 ppb的灵敏度在350摄氏度的工作温度下约为60%。反应和恢复时间分别为8 s和32 s，分别为200 ppb浓度。所制备的金属氧化物气体传感器对HCHO气体具有良好的性能，并证明其能适应建筑室内环境。

图1所示。(a)响应曲线(b)对数曲线作为HCHO浓度在350 oC操作温度下的函数。

图2所示。HCHO 200 ppb浓度的响应和恢复时间图。

这项工作得到了MKE/KEIT的IT研发项目的支持。[10035570，智能amp;绿色建筑智能传感器节点平台的开发]。

引用

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[2]王景宏，李刘，宋颖聪，金清七，徐宝坤，传感器和执行器B, 2008;134:1010。

[3]K. Kawamura, K. Kerman, M. Fujihara, N. Nagatani, T. Hashiba, E. Tamiya，传感器和执行器B, 2005;105:495。[4]J.A. Dirksen, K. Duval, T.A.环，传感器和执行器B, 2001;80:106。

[5]GB/T 1883 -2002中国环境保护署(EPA) 2002年室内空气质量标准。[6]韩国环境部，2008年室内空气质量新建筑维护标准。

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[13]张铭生、张继泽，材料加工技术，2003;137:78。[14]B. Bronsema et al.， 2004年健康和舒适建筑的性能标准。

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