石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究

石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究

ID:20639330

大小:15.95 MB

页数:46页

时间:2018-10-14

石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究_第1页
石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究_第2页
石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究_第3页
石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究_第4页
石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究_第5页
资源描述:

《石墨烯负载p型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库

1、1绪论硕士学位论文腐蚀性强;对气体检测是可逆的,吸附、脱附时间短,可连续长时f.--j使用;可靠性良好;电阻随浓度变化一般呈抛物线变化趋势等优良特点17J。能检测H2、CH4、丙烷、丁烷、天然气等可燃性气体,CO、NH3、H2S多等有毒气体,乙酸、甲苯、二甲苯、汽油等有机溶剂和氟利昂等【81。ZnO具有可测量的气体范围广、稳定性强、成本低、响应恢复时间短等优点,易于实用化,有很好的应用前景19J。Fe203中的Y—Fe203虽然气敏性较好,但稳定性较差,容易在一定温度下不可逆转地转变为Ⅱ.Fe203,故研究较少。而Q.Fe203属刚玉结构,该材料属于表面电阻控制型气敏机理。对乙

2、炔、乙醇等可燃气体表现出较高灵敏度【1oJ。然而,这些单相的金属半导体气敏元件也存在一定缺点,例如在选择性、寿命、工作温度、可靠性等方面有待进一步完善。第二类为复合金属氧化物半导体材料,通过将单相金属氧化物与其他材料复合在一定程度上弥补单相金属氧化物的不足,提高体系气体敏感性能。常见的有ZnO—Sn02[111、CuO.Sn02【121、C0304.ZnO[131、CuO.ZnO[14]等。在复合多种金属半导体氧化物的方法中,选择将P型半导体与n型半导体进行组合已经被广泛报道【l41。从复合的效果上来看,可以分类两类:第一种是将P型与n型半导体进行基本的混合或掺杂,通过组分之间

3、的协同效应提高气敏能力。如Yu等人【l5J将n型的ZnO中混合P型的CuO与Pt并制备成气敏元件,该传感器在室温下对于CO(1000ppm)气体的灵敏度提高:Rahman等人fl6J通过将ZnO与C0304纳米微粒进行掺杂,并利用I—V电化学测试方法实现了对溶解在水中的丙酮的探测;第二种是在微观尺度上将P型半导体与n型半导体接触并形成P—n结,通过P—n结的独特性质提高气敏能力。如Bekermann等人【13】通过等离子体气相沉积法制备出一种双层的P型.C0304/n型一ZnO复合物,该材料展现出对于还原性气体与氧化性气体的区分能力:Na等人117l研制了一种将纳米C030。负

4、载在ZnO纳米线上的材料,并在接触面形成许多小的p-n结,使得材料对于N02和乙醇气体具有非常好的灵敏度和选择性:Kim等人¨驯通过葡萄糖辅助水热法制备了纳米尺度的p(CuO).n(ZnO)结构,材料对于H2S表现出十分优异的响应能力。然而,由于复合通常只是通过微弱的机械力来实现,无法保证P型与13型半导体在纳米尺度上可靠的接触,造成了传统p-n型气敏元件稳定性较差:于此同时,P型(n型)半导体纳米微粒往往易于与同类别的纳米微粒发生团聚,最终形成p-p结(n.n结),导致了实际情况中P—n结的质量有所下降。从气体响应方式角度,半导体气敏元件分为电阻型和非电阻型。而电阻型又分为表

5、面电阻控制型和体电阻控制型。表面电阻控制型材料有ZnO[19】、Sn02【20】等,这种类型的材料在适当温度下,表面吸附空气中的02,捕捉导带中的电子,形成氧负离子(02。、O。、O二),使得表面载流子浓度降低,表面电阻增加。当气敏材料表面暴露在乙醇等还原性气体中,一定温度下,这些还原性气体与先前表面吸附的氧负离子发生作用,释放出电子,从而导致材料表面电导增加,电阻降低。当气敏材料表面暴露在N02等氧化性硕士学位论文石墨烯负载P型-n型半导体氧化物及其气敏性能研究气体中,规律正好相反,表面载流子浓度进一步降低,表面电阻进一步增加,但是内部化学组成不变。体电阻控制型材料有Fe20

6、3【211、Ti02【221等,半导体材料内部原子与气体反应,使得内部组成发生改变,导致电阻变化。而对于大多数复合半导体气敏元件的响应方式暂无详细报道和分类。1.2石墨烯、氧化石墨烯简介作为一种新型的碳材料,石墨烯结构非常稳定,各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导热性(3000W/(m·K))。石墨烯最大的特性是其电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度,是目前己知材料中电子传导速率最快的,其室温下的电子迁移率可达15000c

7、m/(V·S)[23J。石墨烯表现出了完美的量子隧道效应、零质量的狄拉克费米子行为及异常的半整数量子霍尔效应【241。另外,科学家们发现单层的石墨烯具有非常大的比表面积可高达2600m2/g[251。图1.1石墨烯的结构示意图石墨烯的制备方法主要包括以下5种:(1)微机械剥离法,2004年Geim等人【26】首次用微机械剥离法,成功从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。(2)化学气相沉积法,又称CVD法,是指反应物质在气

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文

此文档下载收益归作者所有

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文
温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,天天文库负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。