ZnSe复合异质结半导体NO2传感器研发

作     者：迟迪 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晓干

授予年度：2019年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：ZnSe NiO 半导体传感器 NO2传感器 异质结 

摘      要：NO近些年来成为困扰人类的一种有害气体,过量的NO是导致酸雨、地表水酸化和富营养化的重要原因。半导体气敏传感器则是检测大气中NO浓度的重要手段之一,备受研究人员青睐,而半导体气敏传感器的核心就是制作传感器的半导体材料。ZnSe是一种非常重要的宽禁带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,在可见光(40000 nm)范围内的光电催化及光电转化特性性能十分优异,在激光、全天候光学装置、红外热成像、高分辨率的图像显示、生物医学以及传感器等诸多领域的应用前景十分广阔。现阶段大量的研究致力于研究ZnSe的光催化性能,但是由于ZnSe和ZnO一样具有闪锌矿晶体结构,而且同样属于Ⅱ-Ⅵ族且为宽禁带的半导体材料,而ZnO经过大量研究在多种气体的检测领域都满足检测指标,而ZnSe在这方面的研究还并不十分完善,因此对于ZnSe的气敏性能研究是十分必要的。本文研究的主题就是利用ZnSe与其他半导体材料(主要是NiO)复合成异质结构作为敏感电极材料进行NO传感器的研究。主要研究内容如下:(1)用制备工艺简单、成本低、污染小等优点的水热法制备ZnSe的纳米片状结构。采用SEM、TEM及XRD等多种手段对制备的纳米材料的晶体结构和形貌进行了一系列的表征。(2)设计制备了由ZnSe和NiO复合而成的异质结半导体纳米材料,在现有ZnSe片状纳米结构的基础上,通过与不同摩尔比例的NiO进行水热复合处理的方式,制备出了ZnSe/NiO复合结构,对应摩尔比分别为1:1、1:2、2:1,每样2份,共计6份样品。仍采用SEM、TEM、XPS及XRD等多种手段对异质结的样品进行微观形貌和晶体结构的表征。(3)利用实验室的动态气体传感测试系统进行测试,测试的结果表明基于ZnSe/NiO异质结构的传感器在140℃下对8ppm浓度的NO气体具有良好的灵敏度、优异的选择性以及较快的响应恢复时间的特性。(4)基于前面的工作,研究分析基于ZnSe的片状纳米结构的p-型半导体的气敏特性原理以及在复合不同类型的金属氧化物半导体材料—NiO为典型的p-型半导体的情况下形成的p-p异质结具有良好的气敏特性,重点研究了该异质结传感器气敏性能的影响因素和此种传感器对氧化性气体特异选择性的原因。本研究为开发能够实现对NO气体具有高灵敏度、优异的选择性的气敏材料提供了一种新的研究思路,并为后续研发高性能的NO传感器提供理论和实验依据。