氧化锌微米线酒精气体传感器研究

发布时间：2018-08-09 13:56

【摘要】：氧化锌(ZnO)作为一种Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,室温下直接带隙宽度为3.37eV,并具有较大的激子束缚能(60meV),在光学、电子学等领域有着广泛的应用。同时ZnO还具备其他优异的性质,比如化学及热稳定性较好、电子迁移率较高、光敏感性以及气体敏感性较高等特点,是迄今应用最为广泛的半导体敏感材料之一。目前,多种ZnO微纳结构气敏器件被研制出来,其中一维ZnO微米线器件因其较高的比表面积和表面活性等独特的性质,成为气敏领域关注的热点。然而,通常基于ZnO材料的气敏传感器存在着耗能较高,恢复时间较长等缺点,影响了其进一步的推广使用。本论文围绕一维ZnO微米线的可控生长、ZnO微米线气体传感器的制备、性能和气敏机理分析等相关问题,展开了一系列的研究工作,主要内容包括以下几部分：(1)通过调控实验参数,利用化学气相沉积法(CVD)生长表面光滑、线径均匀可控、c轴取向性好的标准六方纤锌矿结构的ZnO微米线(ZnO HMW);利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)等表征手段对其形貌、结构、成分及发光特性等进行测试分析。(2)将单根ZnO微米线固定在载玻片上制成酒精气体传感器件。通过测量电信号,得到室温下气敏器件的传感响应、响应和恢复时间、重复性、灵敏度、稳定性以及选择性等重要气敏参数,并重点研究了ZnO微米线在室温下的酒精气敏反应机理。(3)通过在反应源中加大石墨粉末比例,利用CVD方法生长出曲边ZnO微米线(ZnOCMW),其横截面为曲边六边形,线径可控。分析表明,ZnO CMW是由反应源中石墨粉比例增加,成核过快引起微米线径向方向的非线性生长导致的。由于ZnO CMW的比表面积比同样线径的Zn0 HMW的大,并且特殊的表面形貌使其载流子密度增大。这些变化使Zn0CMW气敏器件在传感响应、响应时间等酒精传感性能方面都有相应提高。(4)利用离子溅射法对制备的Zn0微米线进行Au纳米粒子修饰,得到表面改性的Au/ZnO微米线(Au/ZnO MW)。改性后的Au/ZnO微米线的酒精气敏性能得到了全面改善,尤其是在恢复时间以及灵敏度方面有着较大的提高,可以快速测量低浓度酒精气体,在酒精快速检测方面具有良好的应用前景。分析表明,通过自然光照射,Au纳米粒子在Zn0微米线表面产生等离子共振效应,提高了Zn0微米线的电导率。并且Au纳米粒子作为活性中心,能够加速H原子反溢流速度,加快酒精分子的解吸附过程。同时Au纳米粒子层会降低Zn0微米线的表面光滑程度,从而也有利于提高器件的气敏性能。
[Abstract]:As a kind of 鈪，

本文编号：2174285