【摘要】：本文研究了半導(dǎo)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(nèi)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(jìn)行了結(jié)構(gòu)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(dǎo)傳感器件,并提出一種簡單的物理模型對其性能進(jìn)行解釋。同時(shí)成功制備了基于單根的納米棒的光導(dǎo)傳感器件,研究其光響應(yīng)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(dǎo)線,制備成柔性的壓阻式應(yīng)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(xué)傳感器,研究其對濕度,水及酒精溶液的電流響應(yīng)。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(jié)構(gòu)。并且首次合成了超長的碲微米線,其長度最大可以達(dá)到10mm左右,寬度在微米尺度上,在其他文獻(xiàn)中尚未報(bào)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(jìn)行封裝,得到柔性的具有光導(dǎo)特性的復(fù)合膜,可用于曲面等非平面上進(jìn)行光探測應(yīng)用。由于碲的能帶帶隙窄,可對大多數(shù)光源均有響應(yīng)。文中用白光做光源,光導(dǎo)膜有明顯的光導(dǎo)響應(yīng)。且響應(yīng)性和碲層厚度有關(guān)。我們同時(shí)用一個較簡單的物理模型對光導(dǎo)開關(guān)比和膜厚關(guān)系進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)光導(dǎo)開關(guān)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(shí)制備了基于單根的碲納米棒的光導(dǎo)器件,研究后發(fā)現(xiàn),其對光的響應(yīng)性更好,響應(yīng)速度更快,開關(guān)現(xiàn)象更明顯。 3.兩種基于單根超長Te微米線的柔性應(yīng)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(yīng)變的增加而增加,隨著應(yīng)變減小而減小的現(xiàn)象。拉應(yīng)變和壓應(yīng)變對背靠背肖特基結(jié)的傳感器件在正負(fù)電壓區(qū),是對稱的。肖特基勢壘在拉應(yīng)變和壓應(yīng)變下改變。對于單端肖特基結(jié)器件,在負(fù)壓區(qū),當(dāng)施加壓應(yīng)變時(shí),電流的變化更加明顯。對于前者,通過公式(ΔR/R)/ε計(jì)算,靈敏度系數(shù)可以達(dá)到107。對于后者,單端肖特基結(jié)應(yīng)變傳感器件,靈敏度系數(shù)可以達(dá)到1000左右。所以后者更加適合檢測應(yīng)變。另外,對單根的碲微米線,進(jìn)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(fù)合材料壓力應(yīng)變傳感器件也對壓力響應(yīng)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(xué)傳感器也被制備,用其檢測濕度和醇類。和基于p型半導(dǎo)體的化學(xué)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?yàn)楦髯怨╇娮拥哪芰Σ煌酗@著區(qū)別,可以用來鑒別這幾類溶液。在甲醇中的響應(yīng)時(shí)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(yīng),表現(xiàn)出不同的I-V曲線。由于碲是p型半導(dǎo)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(dǎo)致碲的載流子濃度下降,使其電導(dǎo)率下將,電阻上升。這一機(jī)理和我們的檢測結(jié)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(yīng)變,其對濕度的檢測靈敏度升高,分辨率升高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O613.53;TP212

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2329650