【摘要】：本文研究了半導體碲微納材料的合成、表征以及一些傳感器件的制備、測量。主要內容包括：(1)利用水熱法,通過控制不同的表面活性劑,合成了碲的納米棒和微米線以及其他形貌的碲納米材料,并對其進行了結構表征；(2)將碲納米棒抽濾到柔性的尼龍膜上,制備成柔性的光導傳感器件,并提出一種簡單的物理模型對其性能進行解釋。同時成功制備了基于單根的納米棒的光導傳感器件,研究其光響應性；(3)將單根碲微米線置于聚苯乙烯基底上,用銀漿在其兩端封裝,并引出導線,制備成柔性的壓阻式應變傳感器件,并分析其原理；(4)制備了基于單根碲微米線的化學傳感器,研究其對濕度,水及酒精溶液的電流響應。主要取得以下研究成果： 1.通過水熱法,采用不同的表面活性劑,得到了不同形貌的碲微納材料。其中利用十二烷基磺酸鈉和其反離子,得到的納米棒尺度均一性良好,其長度從300nm到600nm,寬度為30nm到50nm。通過高倍透射電鏡及選區(qū)電子衍射表征其為單晶結構。并且首次合成了超長的碲微米線,其長度最大可以達到10mm左右,寬度在微米尺度上,在其他文獻中尚未報道。 2.通過將均一性良好的納米棒抽濾至柔性的尼龍膜上,并用聚甲基丙烯酸甲酯進行封裝,得到柔性的具有光導特性的復合膜,可用于曲面等非平面上進行光探測應用。由于碲的能帶帶隙窄,可對大多數(shù)光源均有響應。文中用白光做光源,光導膜有明顯的光導響應。且響應性和碲層厚度有關。我們同時用一個較簡單的物理模型對光導開關比和膜厚關系進行研究,發(fā)現(xiàn)光導開關比有一個最大值,之后隨著膜厚的增加呈現(xiàn)指數(shù)下降趨勢,最終趨于1。同時制備了基于單根的碲納米棒的光導器件,研究后發(fā)現(xiàn),其對光的響應性更好,響應速度更快,開關現(xiàn)象更明顯。 3.兩種基于單根超長Te微米線的柔性應變傳感器件被成功制備。Te微米線被放置在PS基體上,并用銀漿固定。兩種傳感器都表現(xiàn)出電流隨著壓應變的增加而增加,隨著應變減小而減小的現(xiàn)象。拉應變和壓應變對背靠背肖特基結的傳感器件在正負電壓區(qū),是對稱的。肖特基勢壘在拉應變和壓應變下改變。對于單端肖特基結器件,在負壓區(qū),當施加壓應變時,電流的變化更加明顯。對于前者,通過公式(ΔR/R)/ε計算,靈敏度系數(shù)可以達到107。對于后者,單端肖特基結應變傳感器件,靈敏度系數(shù)可以達到1000左右。所以后者更加適合檢測應變。另外,對單根的碲微米線,進行了壓電性能測測試,有明顯的電壓信號和電流信號輸出。成功制備的柔性的Te/PDMS復合材料壓力應變傳感器件也對壓力響應靈敏,僅需10N的力即可將器件電阻降低三個數(shù)量級。 4.基于單根超長碲微米線的化學傳感器也被制備,用其檢測濕度和醇類。和基于p型半導體的化學傳感器件一樣,電流在酒精溶液中減小。其I-V曲線在水,乙醇,甲醇和異丙醇中因為各自供電子的能力不同而有顯著區(qū)別,可以用來鑒別這幾類溶液。在甲醇中的響應時間很快,電阻下降非常明顯,電流下降3個數(shù)量級。這種傳感器件對不同濃度的酒精溶液也具有響應,表現(xiàn)出不同的I-V曲線。由于碲是p型半導體,其載流子為空穴,酒精可作為空穴捕捉劑,具有供電子特性。導致碲的載流子濃度下降,使其電導率下將,電阻上升。這一機理和我們的檢測結果非常一致。研究發(fā)現(xiàn),其用于濕度檢測,隨著濕度增加,其電流減小。而對材料施加應變,其對濕度的檢測靈敏度升高,分辨率升高。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O613.53;TP212

【共引文獻】

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本文編號：2329650