金属氧化物半导体气敏传感器由于稳定性好、灵敏度高、成本低成为气敏传感领域研究的热点。气体元件的响应性主要取决于敏感层材料,因此,对材料的微观结构与缺陷状态进行有效调控是获得高质量器件的关键。本论文以ZnO薄膜材料为研究对象,通过调控尺寸、形貌等显微结构以及表面缺陷来改善对NO₂、乙醇等气体的响应特性,并利用计算模拟等手段探明相应的作用机理。主要研究内容和结论如下:1)采用气溶胶辅助化学气相沉积技术制备颗粒状、金字塔状和片状ZnO薄膜。利用SEM、XRD、PL对材料的微观结构、形貌以及缺陷状态进行了表征,并阐述ZnO薄膜的生长机制。研究表明,当前驱体中未添加修饰剂时,由于各个晶面的生长速率相近,无最优生长方向,ZnO材料团聚成颗粒状。乙酸修饰时,ZnO先沿着a轴方向生长为片状,再沿着c轴方向生长为锥状,形成金字塔状结构。乙酰丙酮和去离子水共修饰时,有利于ZnO沿着a轴方向生长,沉积的ZnO生长为层片状结构。2)将不同厚度、形貌和缺陷状态的ZnO薄膜制备成气敏元件并测试对NO₂、乙醇等气体的响应性能。结果表明,致密型颗粒状ZnO对1.0 ppm NO₂气体具有的高响应性,在最佳的工作温度为225℃下,响应值为41。准金字塔状ZnO最佳的工作温度为350℃,对100 ppm乙醇气体的最大响应性为236。片状ZnO的最佳工作温度为400℃,对100 ppm乙醇响应性为43。气敏机理分析表明,颗粒状ZnO的平均晶粒尺寸17 nm与全部德拜长度15.6 nm相近,表明是晶粒尺寸决定响应性。准金子塔状的ZnO薄膜中存在高含量的间隙锌缺陷,第一性原理计算结果表明Zn_i存在会增大材料对氧的吸附能力,从而提高对乙醇气体响应性。片状ZnO结构存在氧空位和间隙Zn缺陷,共同对气敏性能起作用。3)针对片状ZnO薄膜的响应性较低但稳定性好、回复性好的特点,通过在其表面负载Ag纳米颗粒来进一步提高气敏性能。采用金属热蒸发技术,在片状ZnO表面沉积Ag颗粒,所制备的Ag-ZnO复合薄膜传感器对100 ppm乙醇的响应值达到125.6,较纯片状ZnO提高了近3倍。这与引入的Ag颗粒具有较好的催化活性以及在氧化还原过程中作为施主缺陷,增大表面耗尽层厚度有关。