《紫外光增強型半導體氣體感測器的研究》是依託吉林大學，由劉鳳敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：紫外光增強型半導體氣體感測器的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉鳳敏
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬氧化物半導體氣體感測器以靈敏度高、回響迅速、體積小、價格低廉等優點成為氣體感測器的重要部分，然而較高的工作溫度限制了其進一步套用。本項目研究用光增感的方法實現氣體感測器在常溫下工作。通過如下探索來實現研究目標：一是開發具有高光增感效果的複合敏感材料，通過在金屬氧化物半導體中引進紫外光活性中心（光催化劑）提高氧化物半導體表面的氣敏活性，提高識彆氣體的能力和信息轉換功能。二是設計獨特的感測器結構，使用發光二極體作為激發光源實現感測器的小型化。為了提高紫外光的利用效率，在敏感層背光一側引入反射層，選擇單晶矽、金屬膜或光子晶體作為反射層材料，設計能夠增加光程的反射層結構，不僅利用入射光而且還有效地利用反射光來提高敏感材料的光吸收效率從而提高增感的效果。通過實驗和理論探索，研製出室溫工作的小型氣體感測器，並開拓氣體感測器設計的新途徑。
結題摘要
採用化學沉澱法、溶膠-凝膠法、水熱法製備了SnO2,ZnO等單一氧化物以及SnO2為主體複合TiO2,ZnO,In2O3等成分的複合氧化物，利用XRD,SEM,TEM,BET進行了材料性質分析，研究了材料種類、形貌等對氣體感測器性質的影響。研究結果表明：有利於增強光利用效率的敏感材料和器件結構可以明顯改善器件的性能，能夠實現金屬氧化物基氣體感測器在室溫下工作。發現在紫外光照射下複合敏感材料的敏感特性明顯高於單一半導體氧化物；研究了複合敏感材料的組成與紫外光增感效應的關聯，發現了一些複合材料體系的最佳組成比；開發了SnO2/TiO2、SnO2/In2O3以及SnO2/ZnO等複合敏感材料，製作了基於上述材料的原型紫外增感型氣體感測器，並得到了良好的敏感特性。例如：ZnO納米棒複合SnO2納米粒子作為敏感材料，室溫時對500ppb的NO2氣體靈敏度高達1700。在器件結構方面設計和製作了具有背反射器的紫外增強型感測器，利用反射光對光催化劑進行二次激發，顯著提高了紫外光的利用效率，進而明顯提高感測器的回響特性。提出了針對還原性氣體和氧化性氣體的紫外光增感機理；針對特殊形貌和結合形態的複合敏感材料，提出了相應的紫外增感機制；針對室溫下水蒸氣的影響，提出了紫外光照射下的抗濕度干擾機理。此外，從實際套用出發，利用金屬氧化物作為摻雜劑改善了催化燃燒式甲烷氣體感測的穩定性，同時研究了不同形貌的貴金屬Pd對於γ-Al2O3的甲烷氣敏性質的影響。
