掺杂SnO<,2>纳米线的生长,表征和应用

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本文报道采用基于气-液-固(Vapor-Liquid-Solid)生长机理的气相输运法,制备了单晶SnO2纳米线,在此基础上,结合原位调控掺杂思想,制备了单晶Sb掺杂SnO2(SnO2:Sb)纳米线;并利用二次Au催化再生长技术在SnO2:Sb纳米线骨架上外延生长了未掺杂SnO2纳米线,获得了三维立体分叉SnO2纳米结构。扫描电子显微镜被用来分别对SnO2:Sb纳米线以及不同合成条件下分叉SnO2纳米结构做形貌表征;高分辨率透射电子显微镜,选区电子衍射,拉曼光谱均被用来对SnO2,SnO2:Sb纳米线和分叉SnO2/SnO2:Sb纳米结构进行结构表征,实验证实前两者的单晶结构及后者的晶体完整性。利用传统的微电子工艺将SnO2:Sb纳米线和SnO2纳米线各自制作成纳米线金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET),在此基础上对单根掺杂纳米线做电学表征。利用描述一维沟道平面MOSFET的平方律模型,结合对栅介质常数值的校正,分别从两种纳米线晶体管的电学特性中计算得SnO2:Sb纳米线的自由载流子浓度为2.8×1020cm-3,而SnO2纳米线的场效应迁移率为2.67V.cm2/s。发现SnO2:Sb纳米线实属简并掺杂,可用于未来“自下而上”纳电子线路的导电互联中。SnO2:Sb纳米线与SnO2纳米线混合体(材料Ⅰ),分叉SnO2/SnO2:Sb纳米结构(材料Ⅱ)被用来制作成纳米线薄膜气体传感器元件。在工作温度为300°C相对湿度为30%环境下分别测试它们对乙醇蒸气的敏感特性,发现基于材料Ⅰ的元件最低可探测浓度低至10ppm,线性工作范围为30ppm至500ppm,响应恢复时间均比较短,在该线性工作范围内最高为47s,最低为2s;基于材料Ⅱ的元件最低可探测浓度低至10ppm,线性工作范围为10ppm至100ppm,响应恢复时间最高为14s,最低为3s。可见这两种纳米材料在乙醇气体传感器方面具有一定的潜在应用价值。
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