ZnO基微纳结构气敏及场发射性能研究

发布时间：2020-05-23 21:49

【摘要】：ZnO微纳结构对其气敏性能和场发射性能有着重要的影响。本文采用化学气相沉积的方法,在硅衬底上合成出了ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构并制成了气体传感器,实验发现该传感器对乙炔具有非常好的气敏性能;在硅衬底上合成出了ZnO微米棒阵列,实验发现其具有非常好的场发射性能。本论文主要内容如下:一、采用化学气相沉积(CVD)的方法,在硅衬底上合成出ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构并制备出新型ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器。实验发现,在低温90~oC的温度下,对乙炔气体表现出了良好的气敏特性。与单纯的ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器相比,用Au修饰后的ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器对乙炔表现出更好的气敏特性,例如,更高的灵敏度(在90~oC的工作温度下对100ppm乙炔的响应度为5,而同样条件下没有修饰过的ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器对同样浓度的乙炔响应度为1.75)、更少的响应时间(在90~oC的工作温度下对100 ppm乙炔的响应时间为8.5 s,而同样条件下没有修饰过的ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器对同样浓度的乙炔响应时间为38 s)、更好的选择性(具体体现在对于C_2H_2、C_2H_5OH、CO、CH_4、C_3H_8这五种气体在响应度方面的比较)、与幂指数理想值更小的偏差(理想值β=0.5,用Au修饰后的ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器幂指数值为0.5123,而没有修饰过的ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器幂指数值为0.4555)。用Au修饰后的ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构气体传感器气敏性能大大提高,这是因为在Au粒子和ZnO/In_2O_3带/齿状纳米异质结构界面之间存在新的耗尽层。无论在修饰前还是修饰后,在90~oC的工作温度下,对25-500 ppm的C_2H_2都表现出了良好的气敏特性。值得一提的是,在工作温度下连续工作30天的传感器依旧保持着良好的气敏特性。二、以ZnO和活性炭的混合粉末为原料,按照质量比1.5:1的比例混合在一起,采用CVD方法,在硅衬底上制备出了ZnO微米棒阵列。实验发现,该材料有着非常好的场发射性能,如低开启电场(当电流密度为10 uA/cm~2时,开启电场为3.1 V/μm)、相同外加电场下更高的电流密度。该样品的生长机理可以用气-固(VS)生长机制和二次成核来解释。
【图文】：

气体传感器,电化学,结构示意图

ZnO气体传感器，此传感器在是，，此传感器可以监测浓度为感器的分类的分类方法（如工作原理种，本文着重介绍以下几种常见的气体传感器学气体传感器感器的工作原理是与待测气体发生化学反应[16]。它主要是由透气孔燃、有毒有害的气体用的材料发生反应基微纳结构气敏及场发射性能研究此传感器在120oC时对50 ppb的NO此传感器可以监测浓度为 0.5 ppb 的 NO2，并如工作原理、选用材料、待测气体种本文着重介绍以下几种常见的气体传感器。感器的工作原理是与待测气体发生化学反应,待测它主要是由透气孔、绝缘体、电极、电解液组有毒有害的气体，如 CO、NOx、SO2等，都有用的材料发生反应，利用这些反应来测得待测气体并待测都有这些反应来测得待测气体

结构示意图,气体传感器,气体浓度,工作原理

用的材料发生反应图 1-1 电化学型气体传感器结构示意图燃烧式气体传感器式气体传感器的工作原理是在一定温度下，输出一个与待测气体浓度成正比的信号甲烷、丙酮等，用的材料发生反应，利用这些反应来测得待燃烧式气体传感器的工作原理是在一定温度下，输出一个与待测气体浓度成正比的信号。，其结构示意图如图 1-2 所示这些反应来测得待
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TP212

【参考文献】