卓明[1]2015年在《基于金属氧化物半导体的微纳传感器制备及其性能研究》文中进行了进一步梳理随着新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。信息化时代飞速发展,人作为互联网的服务对象已经远远不能满足科技发展需求,物联网的发展成为必然趋势,即物物相连的互联网。要实现这一目标,物体和物体进行信息交换和通信则需要海量的不同类型传感器。传感器作为信息采集系统的首要部件,是一种检测装置,能感受到被测量信息,并按照一定规律变换成其他信号输出。传感器的研究与发展是实现现代化测量和自动控制的主要环节,在现代化生产,检测,控制系统等多个领域都有广泛应用。不同的工作背景与应用对象使得多种传感器的制备成为必然,根据检测对象、测试原理、敏感材料等传感器有多种分类。本文中利用n型半导体纳米材料作为敏感体,将被测非电信号转换成电信号,进行相应的湿度、气体、生物敏感性能研究,并根据表面吸附效应分析了相关的敏感机理,本论文主要阐述了以下四个研究结果:(1)基于SnO2:Sb纳米线的单根纳米线场效应晶体管制备及其湿敏性能研究。利用紫外线光刻,磁控溅射等微电子工艺制备了基于SnO2:Sb纳米线的单根纳米线场效应晶体管,研究了晶体管基本性能,在室温常压下,该器件表现出优良的晶体管性能。在室温下,当湿度从22%增加到40%,阈值电压负向移动,电流增大。在持续测试一个月之后表现出很好的重复性和稳定性。据我们所知,这是国际上首次将SnO2纳米线晶体管的转移特性曲线应用于湿敏传感。(2)基于Ni(SO4)0.3(OH)1.4纳米线的薄膜式湿敏传感器制备及其湿敏性能研究。为了探索工艺更简单的湿敏传感器元器件制备方法,将Ni(SO4)0.3(OH)1.4纳米线涂敷在叉式电极上,制备出薄膜式湿敏传感器。湿敏性能测试结果表明,该纳米线薄膜器件具有灵敏度高,稳定性好,响应速度快等优点,同时表现出很好的稳定性,重复性。和文献中所报道的湿度传感器相比,该湿度传感器具有更高的温度工作,在较高温度下(40,50,60,70,80,90℃)下依然保持稳定的湿敏性能,拓展了它的使用范围。(3)基于SnO2和SnO2:Sb纳米线的薄膜式气敏传感器制备及其气敏性能研究。由于气敏传感器通常需要在高温下进行测试,因此制备可以调整工作温度的旁热式气敏传感器并研究其气敏性能。主要对丙酮气体进行测试。在实验中发现,SnO2:Sb纳米线气敏传感器的灵敏度更高,而且响应时间和恢复时间都更短,两种气体传感器在一个月之后表现出良好的稳定性和重复性。SnO2纳米线本身具有较好的气敏性能,而Sb掺杂后的SnO2纳米线不仅可以提高SnO2纳米线的灵敏度,同时可以缩减响应时间,恢复时间。(4)基于ITO薄膜晶体管制备的生物传感器及其在无标记检测H5N1禽流感病毒的应用。在生物测试过程中,单根线晶体管的应用遇到了一系列问题。为更好地进行生物传感测试,在玻璃基底上制备ITO薄膜晶体管,并修饰抗体,对灭活的禽流感H5N1病毒进行测试。先将禽流感病毒H5N1的单克隆H5N1抗体通过(3-环氧丙氧基丙基)叁甲氧基硅烷共价固定在ITO表面,当禽流感H5N1的病毒与H5N1抗体结合,ITO表面载流子特性发生变化。转移特性曲线的变化与所报道的n型场效应晶体管受到带负电荷的禽流感病毒H5N1的影响一致。通过对照试验以及多次试验说明基于ITO薄膜晶体管的生物传感器具有较高的特异性选择,低检测下限,好的稳定性、重复性。
张宁[2]2016年在《几种金属氧化物及二硫化钼纳米材料的制备和应用》文中提出金属氧化物半导体纳米材料在光电、光催化、气体传感和荧光生物标记等方面展现了巨大的应用价值,而MoS_2纳米结构在航空航天、新能源等领域有着广泛的应用前景,这些重要的应用,都是建立在对所应用纳米材料性能的充分认识基础之上的。为了深入研究纳米材料的物性,进一步服务于纳米材料的实用化和产业化发展,本论文系统地研究了氧化物半导体及MoS_2纳米材料的合成方法和有关性能,主要是通过传统方法制备了不同的氧化物半导体纳米材料和MoS_2纳米结构,并运用表征技术和测试手段对其形貌和机理进行了分析,重点测试了合成纳米材料在光学、场发射、传感、电化学催化等方面的性能,所取得的主要结论和创新点如下：1.金属氧化物及二硫化钼纳米材料的合成与表征。利用传统的热蒸发法分别合成了超长的四角棒状、海胆状和网状结构ZnO纳米材料,以及SnO_2、In2O_3纳米线、纳米带,并通过电子扫描电镜(SEM)、透射电子电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对这些不同形貌的纳米结构进行了表征。其中,超长ZnO网状结构是由大量纳米杆呈一定规则相互交汇形成,具有极大的表面比,易于吸附气体分子和水分子。同时,在调研大量文献的基础上,我们对合成纳米材料的生长机理进行了分析。此外,我们还通过水热合成法,分别制备了花状、球状和多孔隙薄膜状MoS_2纳米结构,通过SEM、XRD和TEM测试,合成样品具有较高的纯度。根据两步法机理,我们认为在水溶液的热反应中,首先形成了MoS_2晶核；由于晶体表面自由能的差异,MoS_2晶核沿着择优方向生长,在不同条件下,分别形成纳米片、纳米粒。之后,这些纳米片、纳米粒在溶液中相互吸附、汇聚,通过自组装最终生成了花状和球状结构。2.金属氧化物半导体纳米材料在光、电方面的应用。我们运用合成的ZnO样品进行了光致发光性能测试,并分析得到以下结论：超长ZnO四角棒结构的光致发光谱中,近带边发射占主导地位,表明该结构的纳米材料杂质和缺陷较少,结晶较好,晶体质量较高；而超长ZnO网状结构由大量小尺寸纳米杆组成,表面积更大,具有更多的表面缺陷,因此深能级发射占主导。此外,我们通过氢等离子处理,使得超长ZnO微米带与银电极形成良好欧姆接触；位于ZnO微米带表面的Cu20纳米粒子,使两者形成了P-N异质结。室温中,在直流电压激励下,可以观察到紫光和蓝光的随机激光发射。我们还对合成的SnO_2纳米线、纳米带的场发射性能进行了研究,发现SnO_2纳米线的开启电场和阈值电场分别为2.37 V/μm和4.21 V/gm,场增强因子约为3237,明显要优于纳米带,有望在平板显示器方面取得更大的应用。3.金属氧化物纳米材料在传感方面的应用。因为In_2O_3纳米材料具有较低的电阻率,通常被用于气敏传感器,本文中,我们首次对In_2O_3纳米带的湿敏特性进行了研究,发现在相对湿度为97.2%的环境中,其电阻为5.13x10~3欧,灵敏度值约为77,响应时间平均为30秒,恢复时间平均为45秒,并讨论了该湿度传感器出现湿滞现象的原因和湿敏工作机理。此外,我们对ZnO瓶刷状纳米结构室温下的湿敏特性进行了测试。实验结果表明,该ZnO瓶刷状纳米结构具有较快的响应和恢复时间。我们还利用表面带瘤节点的Sn掺杂ZnO微米棒结构制备了一种新型的气敏传感器。在10 ppm,50 ppm,100 ppm和500 ppm浓度的酒精气体氛围中,其灵敏度分别为9.5,35.6,52.4和104.2,响应时间约为10～30秒,恢复时间为25～55秒。之后,我们用表面耗尽模型和晶界势垒模型分析了其气敏机理。4.二硫化钼纳米材料在催化方面的应用。我们运用合成的花状、球状、多孔隙薄膜状MoS_2纳米结构进行了电化学析氢反应。其中,花状MoS_2纳米片因其独特的堆垛结构,具有更多的活性点位,它的起始过电位最低为125 mV,塔菲尔斜率为89mV/decade,在合成的叁种样品中具有最强的析氢反应催化活性。此外,我们还通过基于密度泛函理论的第一性原理,研究了氢原子在MoS_2内位点的吸附机制,丰富了对MoS_2析氢机理的认识。
夏岩[3]2011年在《一维复合金属氧化物Ba_xSr_(1-x)TiO_3湿敏特性的研究》文中进行了进一步梳理湿度是表示大气干燥程度的物理量。湿度传感器是化学传感器大家族中应用较为广泛的一类传感器。近年来,随着科技的快速发展以及人们生活水平的逐步提高,对高性能湿度传感器的需求越来越迫切。纳米材料由于其具有的特殊结构使的它拥有许多不同于传统材料的特性,如大的长径比、量子尺寸效应、界面效应和量子隧道效应等。因此,纳米材料的制备与应用研究已经成为国内外众多研究者所关注的热点。而纳米复合金属氧化物由于可以在结构和尺度上对其进行设计和组装,且还可以通过控制化学组成来改善其性能,因此,基于纳米复合金属氧化物的湿度传感器将显示出其超常规的优良特性。本论文运用溶胶凝胶与静电纺丝技术相结合的方法制备出了钙钛矿型纳米复合金属氧化物Ba_xSr_(1-x)TiO_3纳米纤维,并将其制作成基于陶瓷衬底的电阻型湿度传感器,取得了许多创新性的成果。对材料的敏感机理进行了分析。最后,归纳总结了分析电阻型湿度传感器敏感机理的一般方法。本论文所取得的结果如下:1.通过溶胶-凝胶与静电纺丝相结合的方法按x=0.1到x=0.9的方式分别制备了九种不同Ba Sr比的Ba_xSr_(1-x)TiO_3纳米纤维。对纤维进行了XRD和SEM表征,结果表明所制备的材料具有钙钛矿型的晶体结构,和纳米纤维的形貌。制备了基于Ba_xSr_(1-x)TiO_3纳米纤维的电阻型湿度传感器,并对其电特性进行了测量,测量结果表明当器件在100 Hz的频率条件下工作时,阻抗随相对湿度的变化最为明显,即曲线的线性度最好。其中当x=0.8时即Ba_(0.8)Sr_(0.2)TiO_3材料对环境湿度的改变最为敏感。基于该材料的湿度传感器在11%~95% RH的范围内复阻抗变化了4个数量级;最大湿滞<1%;由11% RH到95% RH的响应时间在8s左右,恢复时间在5s左右。结合吸附理论与离子传导模型对材料的敏感机理进行了分析。2.通过对静电纺丝实验装置的设计、改装,采用电诱导的方法将Ba_xSr_(1-x)TiO_3纳米纤维进行了有序的排列,并成功制作了基于有序排列的Ba_xSr_(1-x)TiO_3纳米纤维阵列的电阻型湿度传感器。通过对基于该阵列的电阻型湿度传感器的电特性测试,证明了有序化的纳米纤维材料更有利于导电粒子的传输。本论文通过以上两个方面的工作,可以看出将传统的湿度敏感材料低维化,可以使得其湿度敏感特性得到了较大的改善。这将为开发和研究高性能的湿度传感器开辟一条新的途径,也将为一维纳米材料的应用找到一个新的方向。
张会锐[4]2004年在《基于纳米材料的湿度传感器的研究》文中指出随着科技的发展和人们生活水平的提高，湿度传感器的应用越来越广，对其性能的要求也越来越高。本文在综述了多孔硅(PS)、氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al_2O_3)叁种材料在传感器领域的研究现状的基础上，用经过KOH溶液处理的PS、纳米ZnO和纳米多孔Al_2O_3作感湿材料，制作新型湿度传感器，并用LCR测量仪研究了它们的湿敏性能。这些研究为制作满足市场需求的湿度传感器奠定了基础。 实验中所用的纳米ZnO用水热法制得。研究发现，涂布法制得的薄膜型纳米ZnO湿度传感器，在相对湿度12～97％RH范围内有线性度很好的阻湿关系，响应速度快，但是湿滞回差大。经分析认为其阻抗主要由电容决定，属于电容型湿度传感器。并且其湿敏性能与膜厚有关。另外还研究了烧结型纳米ZnO湿度传感器，通过比较发现，其湿敏性能优于普通ZnO，并且它的阻抗主要由电阻决定，属于电阻型湿度传感器。 实验中所用的纳米多孔Al_2O_3用阳极氧化法制得。研究发现，用纳米多孔Al_2O_3制作的湿度传感器，在相对湿度33～97％RH范围内有线性度很好的LgZ—％RH和LgC-％RH关系，并且响应速度快，湿滞回差小。根据纳米多孔Al_2O_3的几何结构，给出了合理的等效电路图，并通过对该湿敏元件的复阻抗分析，对等效电路图进行了简化，得出该传感器在低湿下以电子导电为主、高湿下以离子导电为主的结论。 实验中所用的PS用阳极氧化法制得。主要研究了PS经过1 mol·L~(-1) KOH溶液处理后PS的形貌、湿敏性能和电学性能的变化。研究发现，经过KOH处理的PS的表面有更好的多孔型形貌；PS的孔径随KOH腐蚀时间的延长而略有增大；经KOH腐蚀10s之后，生成了一种新型的阵列化硅纳米结构；KOH腐蚀60s后硅基片表面仅剩下少量的长线型纳米硅，经分析认为这种结果来源于KOH对硅的各项异性腐蚀。实验中比较了经KOH处理2s和未经KOH处理的PS的湿敏性能，结果发现经过KOH处理后，其线性度变好，响应速度变快。实验中还测量了经KOH处理前后PS的I-V特性，结果发现I-V曲线发生了“反转”现象，最后得出KOH能去除PS表面的硅氧化物并改变PS二极管电学性能的结论。
蒋珂玮[5]2008年在《介电泳操控纳米材料及其在微纳传感器中的应用》文中研究指明随着微纳米技术的不断发展,微纳米材料所具有的很多独特特性不断为大家所认识,纳米材料被认为是极具潜力的纳米电路的结构单元和性能超群的敏感材料。在这些具体的器件应用中,需要将纳米材料放置在预先设计的微纳米结构中。例如,在采用纳米结构作为敏感元件构造电学传感器时,通常需要将作为传感材料的纳米结构跨接在两电极之间,以便利用将其特性随测量对象的变化以电信号的形式传出。所以有选择地将微纳米材料安放到指定的位置,是它在传感器及其它电学系统应用中的首先要解决的问题。本论文围绕新型纳米氧化锌半导体材料,研究了其在毫米间隙和微米间隙电极条件下,介电泳操控的主要影响因素和操控规律,并在此基础上开展了湿度传感器方面的研究工作,取得了多方面创新性的研究成果。主要研究内容包括:通过水热法制备了纳米氧化锌棒状结构。并对所制备的纳米氧化锌结构进行了性能表征,为制作基于纳米氧化锌的湿敏传感器提供结构丰富的敏感材料。采用大尺寸的二氧化硅棒状结构在自行制作的毫米间隙电极中间进行介电泳操控原理性实验,以便了解介电泳操控的主要影响因素,并对与该操控电极结构运用阻抗测试的方法进行了湿度测试,实验结果表明,该种湿度传感器具有很好的灵敏度及重复性。该工作同时为之后的电极小型化做好准备。采用蒸镀、光刻等标准IC工艺制作多种图形多种间隙的微米级电极结构。利用水热法ZnO纳米结构的比表面积大,吸附性好的特点,将其与微电极结合,运用介电泳操控的方法将ZnO纳米棒定位于电极中间,主要从电极间隙、外加电压大小、频率、溶液浓度、电极形貌等方面来研究介电操控的主要影响因素,并利用该电极制成湿度传感器,从灵敏度,稳定性,重复性,抗干扰等方面来研究传感器在不同湿度情况下的性能。研究结果表明,氧化锌纳米材料是一种很有前途的湿敏材料同时基于该材料的的湿度传感器也具有一定的潜在应用价值。开展了对无线传感器的初步研究。利用基于介电泳操控的纳米氧化锌棒湿度传感器速度快,输出为数字量的特性,制作了一个无线传感器系统样机。该无线传感器通过现有的GSM发射模块发射由该湿度传感器感测的湿度数据,并通过GSM手机网络对用户手机发送短信,由于现有的GSM覆盖率很广,所以该传感系统几乎可以实现无盲点的数据传输。该系统样机有作为无线传感器网络中节点的价值。
郑小东[6]2013年在《ZnO/SiNWs异质结的研究》文中提出近年来,纳米结构材料的制备和应用研究已经受到了众多物理、化学、生物、电子、材料等相关领域研究者的广泛关注,而氧化锌和硅基纳米结构材料以其独特的电学光学性质已经成功的被应用到各类微纳电子器件中。本文的研究是基于ZnO/SiNWs异质结纳米阵列这种复合纳米结构特性和优良表面活性的纳米材料,对ZnO/SiNWs异质结纳米阵列的制备,ZnO/SiNWs异质结二极管器件的电学性能研究,以及ZnO/SiNWs异质结湿度传感器的湿敏特性等方面开展研究,主要研究工作如下：第一,在制备SiNWs的基础上,采用化学水浴法获得了ZnO/SiNWs异质结纳米阵列。首先,采用金属辅助湿法刻蚀的方法制备出排列整齐有序的SiNWs阵列,并阐述了其刻蚀机理；在此基础上,研究了ZnO/SiNWs异质结纳米阵列的制备技术,具体包括ZnO种子层的制备以及ZnO纳米线阵列生长。以溶胶-凝胶法,在P型硅衬底表面制备了颗粒物粒径分布均匀,一致性较好的ZnO种子层。随后,通过化学水浴法在ZnO种子层的基础上制备生长了ZnO纳米线阵列。分析了ZnO纳米线阵列生长机理,通过分析了不同实验参数对ZnO纳米线结构的影响,得到了ZnO纳米线的最佳实验参数。对ZnO纳米线阵列、SiNWs阵列以及ZnO/SiNWs异质结纳米阵列的微观形貌进行了表征。研究表明,相比于ZnO纳米线阵列和SiNWs阵列,ZnO/SiNWs异质结纳米阵列拥有更加巨大的比表面积以及独特的异质结特性和结构。第二,构建了ZnO/SiNWs异质结二极管器件,并对其I-V特性、C-V特性以及光照特性进行了研究。I-V特性实验结果表明,ZnO/SiNWs异质结纳米阵列二极管器件表现出良好的整流特性,其正向开启电压约为2.89V；对器件的C-V特性进行测试表明,器件内建电势Vbi为0.67eV,电离施主浓度ND为5.1×1016cm-3；光照特性研究表明,采用SiNWs阵列的异质结的光电性能要优于平面硅的异质结,并且随着SiNWs阵列的长度的增大,异质结的性能越好,在刻蚀时间为40min, SiNWs长度为60μm时,器件的性能最佳,其光电转换效率达3.31%。第叁,以制备得到的ZnO/SiNWs异质结纳米阵列作为湿敏材料,并引入叉指电极,组装成电容式湿度传感器。在自行设计的湿度测试系统中对该湿度传感器的主要湿度特性进行测量和分析。实验结果表明,ZnO/SiNWs异质结阵列电容式湿度传感器对水汽具有良好的敏感特性,其湿敏电容灵敏度为12.9pF/%RH,且其线性度较好；重复性和湿滞特性较好,其最大滞环率为3.9%；在11.3%一97.3%RH的相对湿度环境中工作时,最快的响应时间和恢复时间分别为28s和23s；具有良好的稳定性,其湿敏电容响应值最大绝对误差为0.01nF。总之,ZnO/SiNWs异质结纳米阵列制备过程简单,成本低廉且工艺与传统IC工艺兼容,加上其巨大比表面积以及独特的光学、电学特性,将使其在微纳器件领域具有巨大的应用潜在价值。
李佩雯[7]2016年在《NBT-BT6纳米纤维/介孔粉末湿度传感器的性能研究》文中指出湿度与人们的生活以及生产活动密切相关,检测湿度的湿度传感器从而受到科研人员大量的关注。湿度传感器性能优劣坏直接取决于湿度材料,许多科研人员花费其精力探索材料来制作高性能的湿度传感器。由于材料的敏感性能受其尺寸效应的制约,改变材料的微观结构可以提高材料的湿敏性能。在本论文中我们利用静电纺丝法和金属有机物分解法结合纳米浇铸法分别制备出了(Na0.5Bi0.5)0.94TiO3-Ba0.06TiO3(NBT-BT6)纳米纤维和介孔粉末两种不同微观结构,对材料的湿度敏感特性进行了研究。分析材料微观结构对湿度敏感特性的影响,研究两种不同微观结构对湿度敏感特性的影响机制。研究内容具体可分为以下两方面:(1)本论文采用了静电纺丝法制备了NBT-BT6纳米纤维,并且通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行了表征。再通过将NBT-BT6纳米纤维涂覆在Ag-Pd叉指电极上制备出基于NBT-BT6纳米纤维的湿度传感器,利用阻抗分析仪测试NBT-BT6纳米纤维的湿敏性能,并结合复阻抗图谱对其湿敏机制进行了分析。在工作频率100 Hz下,当湿度从11%RH变化到95%RH时,基于NBT-BT6纳米纤维的湿度传感器的阻抗变化超过5个数量级,数量级均高于其他工作频率且阻抗变化具有很好的线性度,确定100 Hz为最佳工作频率。100 Hz下,响应时间和恢复时间分别约为2 s和50 s;最大湿滞大约为5%RH。结果表明NBT-BT6纳米纤维材料可以很好地运用到高性能湿度传感器的制备当中。(2)本文利用金属有机物分解法结合纳米浇铸法制备NBT-BT6介孔状粉末,然后通过XRD、SEM、TEM分别对材料的形貌和结构进行表征,再在不同湿度氛围下对NBT-BT6介孔状粉末湿度传感器的湿敏性能进行测试,结合材料的形貌及复阻抗图谱分析其湿敏特性的机理。工作频率对NBT-BT6介孔状粉末的阻抗变化影响很大,在工作频率100 Hz下,NBT-BT6介孔状粉末湿度传感器的阻抗在全湿范围内(11%-95%RH)变化量超过六个数量级,数量级均高于其他工作频率且阻抗变化具有很好的线性度,即100 Hz为最佳工作频率,并将100 Hz的频率应用到后面的湿敏测试当中。100Hz时响应和恢复时间分别为2 s和55 s;最大湿滞为10%RH。结果表明NBT-BT6介孔状粉末材料在制作高性能湿度传感器中具有很大的潜在优势。
王小华[8]2006年在《一维氧化锌纳米材料传感性能研究》文中提出本论文利用石英晶体微天平为传感器结构，研究了一维氧化锌纳米材料的敏感性能，主要研究工作如下： 1．本文研究了一维氧化锌纳米材料的制备和表征。一维氧化锌纳米材料是利用900摄氏度下热蒸发锌(99.999％)制备而成，并在室温下滴定到石英晶体微天平进行表征，表征采用SEM(扫描电镜)和XRD(X射线衍射)。本文也研究了掺杂钯的一维氧化锌纳米材料的制备和表征。掺杂钯是利用传统的溶液混合方法进行。掺杂后的材料利用滴定的方法涂覆到石英晶体微天平上，表征采用SEM(扫描电镜)和XRD(X射线衍射)。 2．本文研究了一维氧化锌纳米材料的湿度敏感性能。利用基于石英晶振微天平(QCM)结构的湿度传感器，研究一维结构的氧化锌材料的湿敏性能，主要从灵敏度，稳定性，可重复性等方面来研究传感器在不同湿度情况下的性能。实验结果表明，氧化锌一维结构湿度传感器在相对湿度(RH)30％到80％之间具有很好的灵敏性，而且可重复性能好，证明了一维氧化锌纳米材料是一种很有前途的湿敏材料。 3．本文利用掺杂重金属钯的方法改进一维氧化锌纳米材料的湿敏性能。实验证明掺杂钯后，传感器的灵敏度提高，达到74.24234Hz／％RH；传感器线性度明显提高，使用线性回归的结果表明，其线性度为-0.98834。掺杂钯的传感器还表现出很好的重复性和响应速度。钯的掺杂提高了检测的线性范围，从30％-80％提高到20％-95％。 4．本文研究了一维氧化锌纳米结构的气敏性能。实验证明一维氧化锌纳米结构对氨气具有很好的敏感性能。传感器的响应与氧化锌薄膜的厚度有关。传感器在氨气在40-1000ppm的情况下具有高的敏感性，而且响应时间在5秒左右。传感器还具有稳定性好，重复性好的特点。 5．本文研究了掺杂重金属钯的一维氧化锌纳米材料的氨气敏感性能。传感器在氨气在30-1000ppm的情况下具有高的敏感性，响应时间在2秒左右。传感器还具有稳定性好，重复性好的特点。
江鹏[9]2012年在《基于可控掺杂ZnS一维纳米结构高性能传感器的研究》文中指出一维半导体纳米材料展现出不同与薄膜和体材料优越的电学和光电特性，基于纳米结构构建的纳米传感器件的研究引起广泛的关注。ZnS是重要的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体，禁带宽度为3.7eV，广泛用于平板显示、紫外发光二极管和紫外传感器等领域。近年来对于一维ZnS纳米结构研究发现，它们具有高的晶体质量和良好的光学特性，这为制备高性能传感器奠定了基础。但由于本征ZnS纳米材料的高绝缘性，限制了其在纳米器件中的广泛应用，纳米材料掺杂是制备高性能器件的重要环节。本文将运用化学气相沉积方法系统研究一维ZnS纳米结构的合成及掺杂工艺，利用扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱分析（EDX）、透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、光致发光能谱仪(PL)等对合成纳米结构进行表征，进一步优化工艺，实现n、p型一维ZnS纳米结构可控的合成。同时基于单根n-ZnS纳米线和p-ZnS纳米带运用光刻等微纳加工手段制备了底栅场效应器件(Back-gate FETs)和结型场效应器件(JFETs)，并对器件的电学、光学以及传感特性进入了深入详细的研究，发现n型ZnS纳米线具有高性能的紫外传感器和湿度传感器特性，p型ZnS纳米带能够制备高速节能的光探测器，综合起来取得以下有意义的成果：1．以Al单质为Al元素掺杂源，通过控制蒸发源中掺杂源与ZnS的质量比获得不同掺杂浓度的n型ZnS：Al纳米线(NWs)，进一步形貌和结构分析表明，ZnS：Al纳米线尺寸均匀、表面平滑，直径在30~90nm范围，长度能够达到几百微米，为高质量的单晶纤锌矿结构，生长方向为[1010]。同时基于单根ZnS:Al纳米线的电学测试发现随着掺杂浓度的升高，ZnS纳米线的电导明显提高，且能在3个数量级内调控，电子浓度最高达1.3×10~(18)cm~(-3)。以高纯Cu2S为Cu元素为掺杂源，合成了尺寸均匀、形貌良好单晶六角纤锌矿结构的p型ZnS:Cu纳米带(NRs)，空穴浓度高达1.4×10~(18)cm~(-3)。2.对基于n、p掺杂ZnS纳米结构制备的场效应晶体管研究发现，ZnS:Al纳米线Back-gate FETs表现出n沟道场效应晶体管特性，随着掺杂浓度升高，栅极的控制能力减弱，阈值电压变小，电子迁移率0.16cm~2V~(-1)s~(-1)增加到18.8cm~2V~(-1)s~(-1)，呈逐渐增大的变化趋势；ZnS:Cu纳米带FETs输出特性为典型的p沟道场效应特性，空穴迁移率达23.6cm~2V1s1，制备的p-ZnS:Cu NR/n-CdS的p-n结的理想因子为1.3，JFET的亚阈值摆幅为65mV dec~(-1)。3.以ITO为欧姆接触电极制备了n型可控掺杂ZnS:Al NWs的紫外传感器，发现器件只对波长小于335nm的紫外光有明显的响应，并且随着掺杂浓度的提高，器件响应度和增益逐渐增加，最高分别达4.7×106AW~(~(-1))和2.3×10~7，增益带宽积高达~0.1GHz，具备了能够进行单光子探测应用的条件；p-ZnS:Cu NR/n-Sip-n结光电探测器在零偏压下开关比达到105以上，响应速度为毫秒级。4.研究了基于n型ZnS:Al NWs制备的场效应器件对湿度传感特性，发现在环境相对湿度在50%以下时，随着湿度的增大电流略微减小，这归咎于纳米线表面吸附水分子，夺取内部电子形成OH~-，使得纳米线表面能带向上弯曲而形成空穴积累，与内部电子复合导致电导率下降；在湿度大于50%以后，随着湿度增加，纳米线电流呈线性增大趋势，且湿度从50%增加到90%时，电流增加了两个数量级，这主要原因来自于水分子的物理吸附。可控掺杂ZnS纳米结构的实现为进一步制备高性能纳米电子器件、纳米光电子器件及纳米传感器件奠定了良好的研究和应用基础，n-ZnS:Al NWs将在紫外弱光探测及单光子探测和高敏感湿度传感器中具有很大的应用前景，p-ZnSNR/n-Si p-n结具有制备高速光电探测器的应用潜力。
马茜茜[10]2017年在《基于纳米功能材料集成微结构光纤的传感器研究》文中研究说明随着信息时代和物联网应用的到来以及快速发展,光通信、光互联等高速率信息的传输及处理的要求越来越高。为满足全光纤光子集成系统对微纳光子器件的要求,人们不断探求新材料、新原理、新方案和构思。结合微纳波导技术与光电功能材料物理效应,通过研究光波导中的光束传输和调控从而实现微纳光子器件成为了光子学领域发展的重要课题。本文是以各种微结构的微纳光纤作为敏感元件,借助其强倏逝场等特性,并与纳米功能材料相结合,与周围环境产生紧密的相互作用,研究了对外界环境参量敏感的一系列微结构光纤传感器。本文主要采用电弧放电法对具有不同传导特性的光纤进行了微结构设计,分析了其中光传播的特性,并结合纳米功能材料对其传感特性进行了理论和实验分析,实现了高灵敏度、低温敏感传感,具有较好的应用前景。本论文主要研究内容包括:1.熔接机电弧放电法制备微结构光纤。借助控制高精度平移台步进距离、速度以及熔接机的放电时间、放电功率等参数,不同直径、不同锥区长度等不同参数的锥型微结构光纤可以被制备出来。通过数值计算理论分析了锥形微结构光纤的倏逝场特性和模式能量分布的特点。随着光纤直径的减小,光纤中能量将不局限在光纤纤芯当中,有一部分能量将泄漏到包层当中,以倏逝波的形式存在。光纤直径越小,倏逝场能量越强,与外界相互作用也会增强,对外界环境变化的检测越加灵敏。2.基于周期锥微结构单模光纤以及集成SiO2纳米粒子拉锥方形光纤分别提出了折射率传感器以及相对湿度传感器。通过对高精度的平移台以及熔接机放电参数的调控分别制备出了周期锥微结构单模光纤以及锥结构方形光纤,并将锥结构方形光纤与SiO2纳米粒子集成,分析了这两种传感器的传感机理,构建了有效的理论模型,并分别通过实验分析了外界折射率对周期锥微结构单模光纤以及相对湿度对基于SiO2纳米粒子锥结构方形光纤这两种传感器的传感特性。3.提出并实现了两种基于微结构全固波导阵列光纤的磁场传感器。分别通过熔接机电弧放电的方法在全固波导阵列光纤上制备出了锥结构以及周期锥结构,并结合纳米磁流体材料实现了对外界磁场的高灵敏度测量。计算了这两种微结构光纤的模式耦合以及干涉特性,并对其特性进行理论模拟。具体分析了两种磁场传感器的干涉峰强度以及振幅随外加磁场的变化。
参考文献：
[1]. 基于金属氧化物半导体的微纳传感器制备及其性能研究[D]. 卓明. 湖南大学. 2015
[2]. 几种金属氧化物及二硫化钼纳米材料的制备和应用[D]. 张宁. 华东师范大学. 2016
[3]. 一维复合金属氧化物Ba_xSr_(1-x)TiO_3湿敏特性的研究[D]. 夏岩. 吉林大学. 2011
[4]. 基于纳米材料的湿度传感器的研究[D]. 张会锐. 浙江大学. 2004
[5]. 介电泳操控纳米材料及其在微纳传感器中的应用[D]. 蒋珂玮. 华东师范大学. 2008
[6]. ZnO/SiNWs异质结的研究[D]. 郑小东. 华东师范大学. 2013
[7]. NBT-BT6纳米纤维/介孔粉末湿度传感器的性能研究[D]. 李佩雯. 湘潭大学. 2016
[8]. 一维氧化锌纳米材料传感性能研究[D]. 王小华. 华东师范大学. 2006
[9]. 基于可控掺杂ZnS一维纳米结构高性能传感器的研究[D]. 江鹏. 合肥工业大学. 2012
[10]. 基于纳米功能材料集成微结构光纤的传感器研究[D]. 马茜茜. 天津理工大学. 2017
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