三维反蛋白石结构氧化物半导体基气体传感器的研究

发布时间：2024-03-19 01:46

　　随着物联网技术的跨越式发展,气体传感器作为物联网系统中气体信息的感知层,将在大气污染防治、空气质量监测、呼气诊断临床应用、新能源安全以及工业化生产等方面发挥重要作用。其中,氧化物半导体气体传感器作为一类重要的全固态传感器,具有器件结构和制作工艺简单、易于小型化和集成化、适用于在线监测等优点,一直是学术界和产业界的关注重点。而氧化物半导体传感材料是该类型传感器的基础和关键,其气敏特性直接决定了传感器的性能。可见,设计和制备高效氧化物半导体传感材料对于构建高性能气体传感器具有重要的科学意义。因此,本论文以改善纳米结构氧化物半导体的识别功能、转换功能和敏感体利用效率为研究目标,结合三维反蛋白石多孔结构的微纳空间优势,首先利用贵金属催化剂表面修饰,增强敏感材料的识别功能,实现灵敏度的提升;然后通过异质阳离子原位掺杂和微纳尺度异质接触功能改性方法与策略,调控上述各种传感功能,实现灵敏度和选择性的改善;最后,利用可见光照射代替热激发的方式,通过利用三维反蛋白石多孔结构的“光阱效应”和抑制光生载流子的复合,实现传感器室温下性能的提升,从而解决氧化物半导体气体传感器本质安全问题。主要研究内容如下:一、...

【文章页数】：161 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1气体传感器的分类[18]

如图1.1所示,目前常用的气体传感器主要有:半导体型气体传感器、催化燃烧式气体传感器、光学式气体传感器、电化学式气体传感器、石英谐振式气体传感器、表面声波气体传感器等[18]。本论文所研究的气体传感器为电阻型半导体气体传感器,其可将被测气体浓度的变化转换为一定规律变化的输出电阻,....

图1.2n型和p型氧化物半导体气体传感器研究概括[24]

目前,已发现有多种半导体金属氧化物适用于制作气体传感器[23],如图1.2所示[24]。如SnO2[25]、In2O3[26]、ZnO[27]、WO3[28]、MoO3[29]等n型半导体;以及NiO[30]、Co3O4[31]、CuO[32]等p型半导体。虽然部分基于上述材料的....

图1.3氧化物半导体气体传感器的分类

目前,根据导电机制和器件结构的不同可对氧化物半导体气体传感器进行精细化分类,如图1.3所示。一方面,根据导电机制的不同,可将氧化物半导体气体传感器分为表面电导型和体电导型两种[40]。表面电导型:气体分子在传感材料表面发生反应并引起半导体表面处能带的弯曲和载流子浓度的变化,从而可....

图1.4直热式气体传感器器件结构示意图

(1)烧结型:根据加热方式的不同,又可将其分为直热式和旁热式两种。如图1.4所示,直热式气体传感器主要由传感材料烧结体、包覆于传感材料内部的加热极(兼电极)、器件基座、保护帽、密封胶圈以及电极引脚组成,主体部分通过电加热或加压成型后低温烧结制成,其工艺简单、成本低、功耗小;但是由....

本文编号：3932135