关键词： 气体传感器   金属氧化物半导体   水热合成   纳米材料   气体传感机理  

摘要： 气体传感器是传感器家族的重要分支,涵盖材料科学、微纳加工技术、电子信息和人工智能等多个学科。因此,设计和制备高性能气体传感器以及研究其传感机理具有重要的科学价值和实际意义。近年来,高性能气体传感器在环境空气质量监测、呼出气无创疾病诊断和食品新鲜度分析等领域展现出巨大的应用潜力。在众多器件类型中,基于半导体金属氧化物（MOS）的化学电阻式气体传感器由于其灵敏度高、稳定性好、易制备、成本低等优势受到了全球研究人员的广泛关注。 目前MOS气体传感器仍存在短板与不足,包括气敏材料的组分调控和微纳结构构建问题,高灵敏度、高稳定性、高选择性器件的制备问题,气体传感器传感机理的深入分析等。本论文利用简便高效的水热合成反应设计合成了多种高性能多组分MOS气敏材料,并基于所得材料制备了面向不同气体监测的气体传感器。此外,通过多种原位和非原位表征技术以及密度泛函理论计算,对不同气体传感器的相关传感机理进行了系统深入的研究和探索,进一步推动了气体传感领域的理论发展。具体的研究内容和结果如下: （1）采用分步水热合成的方式构建了Bi2O2CO3纳米片与In（OH）3纳米颗粒的异质复合结构。基于Bi2O2CO3/In（OH）3异质复合物制备了高性能异丙醇气体传感器。基于Bi2O2CO3/In（OH）3异质复合物的传感器在较低工作温度下（100°C）的对100 ppm的异丙醇气体具有高响应（19.4）、快速响应恢复速度（5/4 s）、长期稳定性（60天）和优良的选择性。通过分析能带结构和材料性质,对异丙醇气体传感器的传感性能增强机制和传感机理进行了探讨。通过此研究,突出了异质复合结构在提升气体传感器灵敏度和降低器件工作温度的优势,同时为低功耗异丙醇气体传感器的设计提供了重要参考。 （2）通过优化水热合成的反应动力学平衡,并结合原位杂原子掺杂策略,一步合成了Sn掺杂Bi2O2CO3微球。所得气敏材料具有高渗透性的层状球形结构,基于此制备得到的乙酸气体传感器具有低工作温度（150°C）、高灵敏度（8.3对于10 ppm乙酸）、长期稳定性（30天）和极其优异的选择性。此外,通过原位表征技术和密度泛函理论计算,揭示了全新的乙酸气体传感机理,并对气敏材料的掺杂构型、电学性质、吸附特性、氧空位形成机制进行了验证性地研究。该研究不仅有望为高灵敏度、高选择性的气体传感器的开发和制备提供重要方向,而且填补了乙酸气体传感机理的空白,推动了气体传感的理论发展。 （3）结合金属有机框架（MOF）设计了多组分MOS气敏材料的模板导向合成路线,为构建双极型功能性的气体传感器提供了借鉴意义。通过合成多金属MOF模板,采用后续煅烧MOF模板的方式直接获得多组分的MOS。基于所得气敏材料制备的乙醇气体传感器,在最佳工作温度下（250°C）表现出优异的乙醇传感性能,包括极高的响应值（71.9对于100 ppm乙醇）、长期稳定性（60天）、高效的选择性以及独特的气体传感特性转变。此外,通过对各个组分占比的调控,实现了传感器n-p型传感特性的转变,并对此现象进行了理论性的研究。该精心设计且具有普适性的MOF模板导向合成多组分MOS气敏材料的策略,有望为乙醇气体传感器的性能提升提供重要思路。

关键词： Electronic nose  

摘要： An electronic nose prototype based on the novel temperature-modulation technique is developed, where the heater voltage changes its amplitude and frequency periodically. The system comprises of a sensor analog front end and a digital processing part including a heater voltage generator and a sensor data transmitter, where the digital part was implemented by field programmable gate array. The fabricated prototype successfully generated the modulated heater waveform and synchronously acquired sensor responses at a sampling rate of 10 kHz. Whereby, sensor responses to the test gases of volatile organic compounds were collected. Gas classification was achieved with an accuracy of 99.6% based on the data obtained by the prototype, demonstrating the promising properties of the prototype as a compact and highly precise electronic nose. © 2024 The Institute of Electrical Engineers of Japan.

关键词： 光催化剂  

ISBN: (纸本)9787312060847

摘要： 本书主要以纳米半导体催化剂三氧化钨和氮化碳为例，研究了从材料合成到光催化性能测试等一系列的核心问题，主要包括三氧化钨网格结构的诱导合成；三氧化钨网格光催化活性的研究；氧化银三氧化钨异质结光催化亚甲基蓝的研究；三氧化钨网格负载Pt的制备及电催化性质研究；钒酸铜氮化碳异质结在可见光下的光催化固氮研究；纳米半导体催化剂在结构设计上的进展对光催化性能的促进作用。

关键词： 知识图谱   半导体产业链   命名实体识别   卷积神经网络   关系抽取  

摘要： 半导体做为科技发展的核心技术，被应用在集成电路、消费电子、通信系统等各个领域，一直被广泛关注。尽管半导体的创新和知识推动稳步进行中，但是由于互联网规模大、数据分散严重、知识零碎，半导体行业的大部分信息仍然以一些结构化和半结构化的形式存在。尤其是关于半导体产业链的整体流程和介绍更是杂乱无章，让人很难找到一个合适的系统、高效的平台去了解整个行业的信息和关系。因此将知识图谱技术创新性地引入半导体领域，通过图的形式直观地描述各类数据信息及其之间的关系，优化信息查询的准确性和高效性，这样对获取的信息更加直观、更加全面、更加高效。　　本文主要针对半导体产业链的知识，利用图数据库Neo4j来研究可视化半导体产业链知识图谱。主要的研究内容包括知识抽取，知识存储，构建半导体领域的知识图谱，半导体领域知识图谱系统设计与实现。　　首先，采用爬虫技术和文字识别技术从互联网上获取半导体产业链信息并结合存储在实验室半导体数据库资料建立了原始数据集。同时引入基于Lattice-LSTM模型[1]和远程监督进行半导体领域的知识抽取，并结合Neo4j图数据库来构建半导体知识图谱，然后利用SpringBoot、Vue技术构建半导体产业链查询系统。通过获取的结构化数据构建了半导体词典库，结合词典库与中文自然语言工具包HanLP对非结构化的文本数据进行数据标注，用于知识抽取的工作。知识抽取主要分为两个过程：一是通过Lattice-LSTM模型进行实体识别;二是基于远程监督的思想采用基于包级注意力机制的分段卷积神经网络(PiecewiseConvolutionalNeuralNetwork,PCNN)模型[2]进行关系抽取，获得实体三元组。最后将数据导入到图数据库，完成了对半导体产业链知识图谱的构建。　　本文主要基于Neo4j图数据库并采用前后端分离的方式，进行可视化展示。系统利用SpringBoot技术连接到后端Neo4j图数据库，使用Neo4j中的Cypher语言进行可视化查询，能够查询到不同模块下实体和实体之间的关系。最后利用Vue+***框架很好的控制最终的视觉效果，将查询结果以图节点和边的方式呈现。

摘要： 从全球范围内来看，半导体代工行业产能持续向东亚地区转移，企业在争夺市场份额时，需要在技术储备、融资、产能建设、生产和销售整个环节选择综合的竞争策略半导体代工行业属于高端制造业。21世纪以来，中国的半导体代工企业在全球的市场份额占比不断扩大，即使是2016年爆发中美贸易冲突之后，也未能打乱中国在半导体行业的发展势头，原本相对薄弱的半导体设备、制造等环节，国内企业的实力也在不断提高。

关键词： 氧化物半导体薄膜晶体管   制造工艺   低工作电压   生物检测   灵敏度  

摘要： 可穿戴电子设备希望实现柔性、便携等功能，氧化物半导体(Oxide semiconductor,OS)推动了柔性透明电子学的发展，p型氧化物半导体薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)具有低制备温度、透明性好和可以大面积制备的特点，有望应用在可穿戴电子设备上。在各种p型氧化物半导体TFT中，氧化亚锡(SnO)TFT由于其相对于其他p型氧化物半导体TFT具有相对较高的迁移率，SnO被认为是极具潜力的p型氧化物半导体之一。虽然关于SnOTFT的研究已经有所报道，但是降低SnOTFT的功耗以及SnO TFT在低电压工作的系统性研究仍是待解决的关键问题之一。　　本论文为了实现低电压下工作的高性能p型SnOTFT,使用阳极氧化的方法制备了高介电常数(高κ)材料氧化铝(Al2O3)薄膜，利用微纳加工技术和镀膜工艺制备了器件，对器件的材料特性、器件的电学性能和制备工艺进行了系统性的研究，并进行了生物检测方面的应用。本论文的具体内容如下:　　(1)低电压氧化物薄膜晶体管:使用阳极氧化的方法制备了 3 nm高质量的Al2O3栅介质层，通过进行退火温度实验，实验表明不同温度下SnOTFT的性能有较大差异，在205℃空气中退火的SnOTFT性能最佳，可以稳定工作在-1 V低电压下。SnOTFT迁移率可达 1.87 cm2V-1s-1,开关电流比大于103。对SnO薄膜进行XPS分析，数据表明在205℃空气中退火的SnO薄膜中的Sn4+/Sn2+比值最小。结合n型铟镓锌氧化物(IGZO)TFT和p型SnO TFT制备了稳定工作在1 V低电压下的互补金属-氧化物-半导体(Complementarymetal-oxide-semiconductor,CMOS)反相器，当电源电压(VDD)为 1V时，电压增益高达38,最大功耗仅为122.7 nW,并且CMOS反相器在空气中具有优异的稳定性，将器件在空气中存放90天后再次进行测量，其阈值电压仅变化了 9.1％。　　(2)薄膜晶体管在生物检测方面的应用:研究了器件在pH测试和葡萄糖浓度测试中的检测灵敏度。本实验通过使用外延栅极结构与器件组合进行生物检测，IGZO TFT在1V低电压下工作且能识别pH和葡萄糖浓度，pH测试的检测灵敏度为44.22 mV/pH,葡萄糖浓度测试的检测灵敏度为2.02mV/(mmol/L)。CMOS反相器也能在1V低电压下工作且能识别pH和葡萄糖浓度，但是CMOS反相器进行生物检测的检测灵敏度要远高于IGZO TFT,pH测试的检测灵敏度达到749.43 mV/pH,葡萄糖浓度测试的检测灵敏度达到 101.91 mV/(mmol/L)。　　(3)源栅薄膜晶体管在生物检测方面的应用:为了提高生物检测方面的检测灵敏度，本实验研究了源栅薄膜晶体管(Source-gate thin film transistor,SGT)的电学性能。基于相同工艺制备了 IGZOSGT，对IGZOSGT进行电学性能测试，数据表明IGZOSGT可以稳定工作在1V低电压下，迁移率可达5.78 cm2V-1s-1,阈值电压为0.71 V,开关电流比大于105。使用外延栅极结构与IGZOSGT组合进行了生物检测实验，pH测试的检测灵敏度达到了 59.6 mV/pH,葡萄糖浓度测试的检测灵敏度达到了 5.03 mV/(mmol/L),均高于IGZO TFT,实现了检测灵敏度的提高。