基于單根SnO2納米線肖特基勢壘的氣體傳感器研究.pdf

1、氣體傳感器是一種能檢測不同種類與不同濃度氣體，并將這些參量轉(zhuǎn)化成電信號輸出的裝置，廣泛應(yīng)用于環(huán)境調(diào)查、國家安全、食品加工、醫(yī)療診斷等產(chǎn)業(yè)中。隨著科技的發(fā)展，人們對氣敏傳感器的靈敏度、工作溫度等各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了更高的要求，這就需要不斷進(jìn)步的納米科技對氣敏傳感器性能加以改善，提高氣體檢測靈敏度，降低工作溫度。在市場上的幾種類型的傳感器中，由于氧化物半導(dǎo)體傳感器具有靈敏度高、使用壽命長、對多種氣體敏感和成本低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，金屬氧

2、化物半導(dǎo)體例如二氧化錫(SnO2)，氧化鋅(ZnO)和三氧化鎢(WO3)是最常用的固體傳感器材料。氣敏傳感器的性能與敏感材料暴露在外的表面積有直接關(guān)系，納米線有比較高的比表面積，存在非常豐富的表面態(tài)，有比較高的氧化活性，相比其塊體材料來說有較高的靈敏度，和較低的工作溫度，同時(shí)納米線氣體傳感器還有利于減小尺寸進(jìn)而降低能耗，所以納米線是設(shè)計(jì)下一代傳感器的理想候選結(jié)構(gòu)材料?；谛ぬ鼗鶆輭镜募{米傳感器在氣敏傳感器中展現(xiàn)出優(yōu)異的氣敏性能，用肖特基

3、接觸代替歐姆接觸是提高氣體靈敏度的重要方法，基于單根納米材料肖特基勢壘氣敏傳感器逐步得到研究人員的重視。
　　 本論文系統(tǒng)研究了基于肖特基勢壘的單根SnO2納米線氣體傳感器的氣敏特性，通過氣敏性質(zhì)的測試發(fā)現(xiàn)在室溫下對100ppmH2S靈敏度高達(dá)1238，并且具有良好的重復(fù)穩(wěn)定性。利用溶膠-凝膠與熱蒸發(fā)相結(jié)合的方法制備了SnO2納米線，并對所得樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形貌表征，得出我們合成的納米線具有單晶金紅石結(jié)構(gòu)。用電場組裝技術(shù)制備了單

4、根SnO2納器件，通過測試器件I-V曲線，得出納米線兩端與金電極均形成了肖特基接觸，構(gòu)成了背靠背肖特基勢壘結(jié)構(gòu)。我們還對可能的氣敏機(jī)理進(jìn)行了分析，在這種背靠背肖特基勢壘結(jié)構(gòu)中，器件的電流受反向肖特基勢壘控制，勢壘高度受氧的吸附脫附調(diào)控，電流隨著勢壘高度變化呈現(xiàn)指數(shù)變化規(guī)律，這是我們的器件在室溫下有超高的氣體檢測靈敏度的主要原因；SnO2納米線有比較多的表面氧空位缺陷，吸附在氧空位處的氧O2-會轉(zhuǎn)化為O-，而O-比O2-有更高的反應(yīng)活性，

5、這是我們的器件在室溫下具有超高氣體靈敏度的另一個(gè)原因。具體研究內(nèi)容如下：
　　 第1章對一維納米材料氣敏傳感器研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。重點(diǎn)介紹基于單根納米線肖特基勢壘型的氣敏傳感器以及室溫氣敏傳感器，并以此為基礎(chǔ)明確了本論文研究選題，目的和主要研究內(nèi)容。
　　 第2章介紹了通過溶膠凝膠與熱蒸發(fā)法高溫合成SnO2納米線的具體方法和詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過程。通過控制生長條件，成功合成了SnO2納米線。并對納米線進(jìn)行了一系列的表征，主要包括

6、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)，高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)對樣品的表面形貌、結(jié)構(gòu)及成份進(jìn)行表征和研究。通過電場在位組裝的方法成功制備了單根SnO2納米線原型氣敏傳感器。并且分析研究了退火對單根SnO2納米線的輸運(yùn)性質(zhì)影響。
　　 第3章系統(tǒng)研究了單根SnO2納米線肖特基勢壘氣體傳感器的氣敏特性，通過測試傳感器對H2S的在不同溫度下、以及多周期的氣敏特性，系統(tǒng)研究了傳感器對硫化氫