隨著物聯(lián)網(wǎng)和微型健康氣體檢測儀等給人類的生活提供了極大的便利,同時氣體傳感器高溫操作的缺陷越來越突出。開發(fā)低溫操作的氣體傳感器是推動其快速發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。敏感材料對氣敏性能起到重要作用,選擇合適的敏感材料有助于傳感器性能改善。金屬氧化物基傳感器具有靈敏度高、壽命長和造價低等優(yōu)勢,這類材料有發(fā)展為高性能器件潛力而成為研究熱點(diǎn)。然而目前金屬氧化物基傳感器仍然存在三個重要問題:（1）單一金屬氧化物氣敏材料的操作溫度偏高;（2）檢測時該類材料的選擇性相對較差;（3）大氣中濕度變化對該類材料影響較大。目前異質(zhì)結(jié)是提升傳感器性能,優(yōu)化操作溫度的重要途徑。而氮化鎵（GaN）作為第三類半導(dǎo)體具有高電子遷移率和化學(xué)穩(wěn)定性好,易于形成異質(zhì)結(jié)。因此本論文以金屬氧化物的納米材料為基礎(chǔ),與GaN或碳材料結(jié)合設(shè)計具有異質(zhì)結(jié)的復(fù)合材料。首先基于該異質(zhì)結(jié)的傳感器實(shí)現(xiàn)氣敏性能提升,然后實(shí)現(xiàn)低溫的高性能氣體檢測為目標(biāo)展開相關(guān)研究,從而解決金屬氧化物基氣體傳感器存在關(guān)鍵問題。具體研究工作如下:1.將多孔氮化鎵（PGAN）基層狀異質(zhì)結(jié)應(yīng)用到濕度傳感器,采用水熱法制備六方氧化鋅納米片（ZnO）,然后噴涂法制備ZnO/PGA... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２金屬氧化物基氣體傳感器兩種基本結(jié)構(gòu)和組成示意圖：（ａ）陶瓷管式和（ｂ）平板??式［１Ｈ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｓｉｃ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｂａｓｅｄ?ｇａｓ?ｓｅｎｓｏｒｓ：?（ａ）??ｃｅｒａｍｉｃ?ｔｕｂｅ?ｔｙｐｅ?ａｎｄ?（ｂ）?ｆｌａｔ?ｐｌａｔｅ?ｔｙｐｅ．??（１）靈敏度??靈敏度（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔ）代表符號“Ｓ＾，它是衡量氣體傳感器對?

導(dǎo)電性增加［２５］。??而對于ｐ型金屬氧化物基氣體傳感器而言，載流子的載體多數(shù)為空穴。與ｎ??型材料相反，氧氣捕獲敏感材料表面電子并導(dǎo)致能帶向下彎曲。但是，對于ｐ型??金屬氧化物價帶彎曲的原因是由于空穴積累造成的。這就意味著與ｎ型金屬氧化??〇?０?０?０?〇?〇?〇??Ｅ，?Ｅ＊??鬆爐?４＊（?＜？ｃ?？？?４？?＾?ｍ?ｍ?ｍ?ｍ?ｍ?？＊?３ｋ．??以…人？？…ａ？．…ｒ?ａ?Ｔ?Ｊ??ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ?ｌａｙｅｒ?ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ?ｌａｙｅｒ??圖１．４金屬氧化物半導(dǎo)體載流子傳導(dǎo)過程示意圖：（ａ）在ｎ型半導(dǎo)體的耗盡層中：（ｂ）在??Ｐ型半導(dǎo)體的空穴積累層中Ｍ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｃａｒｒｉｅｒ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ：?（ａ）??ｉｎ?ｔｈｅ?ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ?ｌａｙｅｒ?ｏｆ?ａ?ｎ－ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，?（ｂ）?ｉｎ?ｔｈｅ?ｈｏｌｅ?ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ?ｌａｙｅｒ?ｏｆ?ａ?ｐ－??ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．??物相比，ｐ型材料的導(dǎo)電性更好，電阻更校在還原性測試氣體氛圍中，測試??氣體與吸附的氧離子相互作用，而不是直接與敏感材料表面直接作用。當(dāng)氣體??７??

氣敏敏??感機(jī)制。金屬氧化物異質(zhì)結(jié)的設(shè)計和機(jī)理將在異質(zhì)結(jié)部分重點(diǎn)討論。??（ａ）?Ｈ２?？２〇?（ｂ）??〇２?〇ｆ?〇２?〇２－?Ｎｆ？＇?〇２－?〇ｔ?〇２??蠢。娜．??〇２?〇２?〇２?ＮＯｓ?Ｏｆ?ｏ＇?ＮＯ，??？Ｍ＞?＊?Ｖ?？Ｎ？?４?ｋ?ｊｆ?＼??Ｉｎ?ｒｅｄｕｃｌｎｇｇａｓ?ｉ＼?／?；＼?＼?Ｉｎ?ｏｘｉｄｉＭｎｇ?ｇａｓ??，ｎａｌｒ?Ｉｎ?ａｉｒ?／／?＼＼??—￣—?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?’?、、＼??ｂａｒｒｉｅｒ??圖１．５?ｎ型金屬氧化物晶粒的氧吸附和相關(guān)能帶結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖：（ａ）在還原氣體中；??（ｂ）在氧化氣體中??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｇｒａｉｎｓ?ｏｆ?ｎ－ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｗｉｔｈ?ｏｘｙｇｅｎ?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ａｎｄ??ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?（ａ）?ｉｎ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｇａｓ，?（ｂ）?ｉｎ?ｏｘｉｄｉｘｉｎｇ?ｇａｓ．??１．３．?３影響金屬氧化物氣敏材料性能的關(guān)鍵因素??研究表明，對金屬氧化物影響氣敏性能是由所有金屬氧化物參數(shù)共同決定的，??如圖１．６所示Ｍ。隨著科研人員研究不斷深入，金屬氧化物制備過程的優(yōu)化是改??善傳感器特征參數(shù)有效的方法之一。因?yàn)榻饘傺趸锏男蚊�、結(jié)構(gòu)、體積和表面??等參數(shù)性質(zhì)，這些性質(zhì)對氣體傳感性能有顯著的影響。實(shí)驗(yàn)研宄分析表明，膜厚??度ｔ３３］、顆粒尺寸ｔ３４，３５ｋ孔隙率［３６，３火表面形貌［３２，３８，３９１等因素是改善氣敏性能的重??９??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Gas Sensors Based on Chemi-Resistive Hybrid Functional Nanomaterials[J]. Yingying Jian,Wenwen Hu,Zhenhuan Zhao,Pengfei Cheng,Hossam Haick,Mingshui Yao,Weiwei Wu.  Nano-Micro Letters. 2020(06)
[2]金屬氧化物異質(zhì)結(jié)氣體傳感器氣敏增強(qiáng)機(jī)理[J]. 唐偉,王兢.  物理化學(xué)學(xué)報. 2016(05)
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博士論文
[1]金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料的制備及其氣敏傳感性能的研究[D]. 張子悅.浙江大學(xué) 2018
[2]金屬氧化物半導(dǎo)體表面態(tài)的調(diào)控設(shè)計及氣敏性能的研究[D]. 王麗麗.吉林大學(xué) 2014



本文編號：2957060