紫外光驅(qū)動下半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)薄膜的氣敏特性研究.pdf

1、紫外光驅(qū)動型氣體傳感器由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便以及可實現(xiàn)室溫工作等優(yōu)點，備受國內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。然而，發(fā)展高靈敏度、快速響應(yīng)/恢復(fù)、高穩(wěn)定性及低檢測下限的高性能光驅(qū)動型氣體傳感器目前仍然是人們所面臨的挑戰(zhàn)。本文從敏感材料及其薄膜的結(jié)構(gòu)調(diào)控出發(fā)，研究材料微結(jié)構(gòu)、薄膜形態(tài)及關(guān)聯(lián)尺寸等對氣敏特性的影響，發(fā)展高性能紫外光驅(qū)動型氣體傳感器的構(gòu)筑方法，初步開展氣體傳感器的應(yīng)用研究，取得的結(jié)果主要如下:
　　(1)研究了微納結(jié)構(gòu)

2、陣列薄膜的微結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣敏性能的影響。通過改變陣列周期探索了陣列周期尺寸與氣敏性能的關(guān)系，考察了優(yōu)化氣敏性能的最佳光驅(qū)動功率，基于氣敏性能結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)聯(lián)性解釋了微納結(jié)構(gòu)陣列薄膜氣敏增強特性的內(nèi)在機制。通過改變合成微納結(jié)構(gòu)陣列薄膜前驅(qū)體溶液的濃度，制備了兩種不同結(jié)構(gòu)的微納米有序多孔陣列薄膜:閉環(huán)結(jié)構(gòu)和碗狀結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)薄膜進行氣敏測試分析可知，實驗發(fā)現(xiàn)閉環(huán)結(jié)構(gòu)薄膜對NO2氣敏性能有顯著的增強效果。
　　(2)構(gòu)建了分析多孔薄膜厚度與

3、靈敏度關(guān)系的理論模型。通過理論模型分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紫外光滲透多孔薄膜的深度（h）大于多孔薄膜的厚度（H）時，隨著厚度的增加，薄膜的靈敏度增大;當(dāng)h≤H時，進一步增大薄膜厚膜，靈敏度會漸漸減小。為了驗證該理論模型，我們研究了三種不同結(jié)構(gòu)和不同致密度薄膜的厚度對氧化性氣體氣敏性能的影響。分析顯示，實驗結(jié)果與理論模型結(jié)果相吻合。
　　(3)提出了一種簡單、普適的方法制備金屬氧化物空心球陣列薄膜。通過硫化聚苯乙烯微球(PS)模板結(jié)合水熱法可制

4、備出金屬氧化物、有機半導(dǎo)體空心球陣列薄膜，改變PS球直徑和水熱反應(yīng)時間可分別調(diào)控空心球陣列薄膜的直徑和殼層厚度;尤為重要的是通過這種方法可實現(xiàn)在任意襯底上合成空心球陣列薄膜，這對其在多個領(lǐng)域中的應(yīng)用非常重要。基于這種方法，我們在氣體傳感器襯底上成功合成了氧化鐵和氧化鋅空心球陣列薄膜，并研究了其氣敏性能。結(jié)果表明，在低溫下氧化鐵空心球陣列薄膜對硫化氫有很好的選擇性和較高的靈敏度;紫外光照射下氧化鋅多孔空心球陣列薄膜對NO2有超快的響應(yīng)/恢