【摘 要】
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随着社会经济的发展,人们对空气污染问题日益关注,二氧化氮（NO2）气体是空气污染物的主要组成部分,NO2浓度是空气质量监测的重要指标之一。因此,研究和制备灵敏度高、稳定性好、选择性强并且工艺简单可控、成本低廉的NO2气敏传感器具有科学意义和工程应用价值。金属氧化物半导体材料通常结构稳定、来源广泛、并具有良好的气敏特性而成为NO2气敏材料中的研究热点。本文通过两步化学溶液法制备出了ZnO/Fe2O3
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随着社会经济的发展,人们对空气污染问题日益关注,二氧化氮（NO2）气体是空气污染物的主要组成部分,NO2浓度是空气质量监测的重要指标之一。因此,研究和制备灵敏度高、稳定性好、选择性强并且工艺简单可控、成本低廉的NO2气敏传感器具有科学意义和工程应用价值。金属氧化物半导体材料通常结构稳定、来源广泛、并具有良好的气敏特性而成为NO2气敏材料中的研究热点。本文通过两步化学溶液法制备出了ZnO/Fe2O3和ZnO/SnO2两种纳米异质结构的NO2气敏传感器。采用SEM、EDS、XPS、XRD、PL等表征手段,研究了不同水热生长条件对ZnO纳米棒阵列生长的影响,系统分析了金属盐溶液浸泡时间、退火温度等因素对ZnO纳米异质结构形成过程、物理形貌和元素组成的影响。通过自主搭建的气敏测试系统对不同工艺条件下制备的样品进行气敏性能表征,发现Fe3+盐浸泡时间为10 min、退火温度为500℃的ZnO/Fe2O3样品NO2气敏性能最好,在232℃下对100 ppm NO2的响应度达到了109.1。在相同的测试条件下,ZnO/SnO2样品的响应度达到了94.7,而纯ZnO样品的响应度只有1.049。从测试结果可以看出,通过形成ZnO/Fe2O3和ZnO/SnO2异质结构,ZnO纳米棒的NO2气敏响应度得到了极大的提高。同时,在不同气体氛围的测试中,传感器对NO2气体表现出良好的选择性,在多周期测试中,传感器表现出良好的重复性。本文对ZnO/Fe2O3和ZnO/SnO2异质结构的形成过程进行了分析,对它们气敏性能增强的原因进行了研究讨论。结果认为,由于存在功函数的差异,在ZnO/Fe2O3及ZnO/SnO2的交界面处会发生电子的转移,电子将在一侧积累在另一侧耗尽,从而产生内建电场造成能带弯曲,最终形成n-n异质结。电子积累层的形成给器件表面的氧化还原过程提供了额外的电子,异质结界面处空间电荷区的产生,提高了器件电子转移的效率,在这些因素共同作用下,传感器的气敏性能得到了增强。
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