本征石墨烯氣體傳感器（Gr器件）對NH₃氣體的室溫響應(yīng)非常微弱,為此本文采用電子束蒸鍍方法在原器件溝道區(qū)域分別沉積3 nm、5 nm和10 nm的薄層金屬Ti,形成三種Ti/Gr器件。實驗發(fā)現(xiàn)Ti/Gr器件在黑暗條件下對NH₃氣體的室溫響應(yīng)靈敏度遠(yuǎn)高于Gr器件;而引入可見光照射使三種Ti/Gr器件的響應(yīng)靈敏度進(jìn)一步提高,同時恢復(fù)性也得到一定提升。其中,5 nm Ti/Gr器件獲得最佳的性能提升,對通入3 min 400×10^-6 NH₃的靈敏度達(dá)+17.9%,恢復(fù)時間為3 min。通過XPS分析,發(fā)現(xiàn)不同Ti/Gr器件溝道處所沉積的薄層Ti發(fā)生不同程度的氧化,生成包含不同價態(tài)成份的鈦氧化物,導(dǎo)致特定Ti層厚度的Ti/Gr器件具有最佳性能。 

【文章來源】：傳感技術(shù)學(xué)報. 2020,33(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

本征照片和拉曼譜線

圖1(a)是本征石墨烯樣品光學(xué)顯微鏡照片,圖1(b)中由下至上分別是圖1(a)中A、B、C三個典型測試點的拉曼譜線。三條譜線的2D、G及D 峰的位置分別在2 695 cm-1、1594 cm-1及1 350 cm-1附近,符合石墨烯特征峰的位置[12]。三個位置處2D峰與G峰的強度之比I2D/IG分別為1.9、1.1和0.7,可以判斷三個位置處石墨烯層數(shù)分別為單層、雙層及多層。本文實驗所用石墨烯薄膜以單層為主。另外D峰強度都非常弱,說明該石墨烯樣品缺陷較少[12]。圖2是三種Ti/Gr器件溝道區(qū)域表面SEM照片�？梢钥吹綐悠繁砻孑^均勻地分布著尺寸為幾十納米的顆�；驁F(tuán)簇。而沉積Ti厚度的不同,這些納米顆�；驁F(tuán)簇的密度也不同。沉積5 nm Ti的樣品表面的顆�；驁F(tuán)簇的密度要明顯大于沉積3 nm Ti的樣品。而沉積10 nm Ti的樣品表面比較平坦,顆�；驁F(tuán)簇的輪廓已不太明顯。

圖3是三種Ti/Gr器件溝道區(qū)域表面的XPS分析�？梢�,隨著Ti沉積厚度的增加,Ti的2p3/2和2p1/2峰位置向低結(jié)合能方向移動。當(dāng)沉積厚度為3 nm時,2p3/2和2p1/2峰基本上是對稱的,位置分別在458.9和464.6 eV,表明Ti的狀態(tài)完全是Ti4+[13]。為方便起見,以下分析均是對2p3/2峰進(jìn)行。當(dāng)沉積厚度增至5 nm時,除了位于458.9 eV的Ti4+狀態(tài),還出現(xiàn)了位于458.4 eV的Ti3+狀態(tài)[14]。當(dāng)沉積厚度進(jìn)一步增加到10 nm時,在Ti的2p3/2峰附近低結(jié)合能區(qū)域出現(xiàn)了位于456.9 和 455.1 eV兩個肩峰,表明出現(xiàn)了更低價態(tài)的Tiδ+(0<δ<3)[14]。位于458.4eV的Ti3+狀態(tài)的比例較高,而位于458.9 eV的2p3/2峰的幅度已非常的小,表明Ti4+狀態(tài)的比例已經(jīng)非常的低�？梢�,沉積到石墨烯表面不同厚度的薄層Ti都有不同程度氧化,且隨著沉積Ti厚度的增加,Ti4+狀態(tài)的比例逐漸減小,而較低氧化價態(tài)的比例逐漸增大。圖4 三種Ti/Gr器件溝道區(qū)域紫外-可見漫 反射吸收光譜分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3429471