氧化物半导体的微观形貌调控及其传感光电特性研究

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1、馨氧化物半导体的微观形貌调控及其传感／光电特性研究ｍｅｎ－Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｔａｎｄａｓｅｎｓｉｎ／ｅｌｅｃｔｒｏｏｔｉｃｐｇｇｇｐｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ作者姓名；马健专业名称：微电子学与固体电子学研究方向：氧化物半导体敏感材料指导教师；卢革宇教授学位类别；理学博±培养单位：吉林大学电子科学与工程学院论文答辩日期；巧／占年＾月日授予学位日期：年月日；论文评阅人；

2、答辩委员会组成姓名职称工作单位姓名职称工作单位盲审专家正高级华东师范大学主席：梁静秋研究员中科院长春光机所育审专宗正高级东南大学委员：宋宏伟教授吉林大学盲审专家正高级厦口大学薄报学教援长春理工大学阮圣平教援吉林大学郑杰教授吉林大学ｔ未经本论文作者的书面授权，化法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使巧（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承

3、担侵权的法律责任。吉林大学博±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独论立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｕ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：２０／Ａ年ｆ立月Ｉ主日中文摘要氧化物半导体的微观形貌调控及其传感/光电特性研究环境污染和能源短缺是制约我国社会经济发展

4、的两大瓶颈问题。近年来我国频发的灰霾污染天气已经严重地影响了人们的日常生活和身体健康，需要从源头上加以治理。灰霾形成的主要原因之一是燃烧排气中的氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）和挥发性有机物（VOCs）等气体在大气环境中经过大气反应形成固体颗粒，因此，实时监控发生源中污染气体浓度以及实时快速监测大气中污染气体浓度，对于大气污染治理和预报具有重要意义。气体传感器在污染源监控和大气环境监测两个方面都有巨大的应用潜力，尤其是基于氧化物半导体的气体传感器具有高灵敏、选择性可调、高可靠、全固态、小型和廉价

5、的优点，是目前气体传感器领域的研究热点，特别是氧化物半导体纳米结构的微观结构/形貌与传感特性密切相关。另一方面，作为化石能源的替代能源和清洁能源，太阳能电池的研究备受关注，在各种原理的太阳能电池中，染料敏化太阳能电池（DSSC）由于具有理论效率高、工艺简单、环境友好和成本低等优点，也成为光伏研究领域的热点之一。在DSSC中，作为光阳极的氧化物半导体，其微观结构/形貌影响其光电转化效率。因此，本论文聚焦氧化物半导体纳米结构，通过实现纳米材料的可控制备，系统的研究了氧化物半导体材料的传感/光电特性。本文采

6、用水热合成法和静电纺丝法，制备了棒束自组装花球结构α-Fe2O3与Co掺杂的In2O3纳米纤维，并研究了这些纳米结构的气体传感特性；利用水热合成法制备了花球状TiO2，并研究了其作为DSSC光阳极的光电特性。具体的研究内容如下：（1）采用水热合成法制备了具有棒束自组装花球结构的α-Fe2O3，并评价了其气敏特性：以FeCl3·6H2O为铁源、聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，水热120℃12小时，最后在600℃下烧结2小时得到了具有棒束自组装花球结构的α-Fe2O3。用所制备的材料制作烧结型管式气体传感器，

7、烧结条件为400℃、2小时。评价结果表明基于棒束自组装花球结构的α-Fe2O3的传感器检测丙酮的最佳工作温度为200℃，对80ppm丙酮气体的灵敏度为11.3，与商用α-Fe2O3粉体材料相比灵I敏度有明显提高。（2）利用静电纺丝法制备了Co掺杂的In2O3纳米纤维，并表征了气敏特性：以硝酸铟为铟源、PVP、DMF为溶剂、乙酸钴为掺杂剂配制静电纺丝前驱液，在16-22kV的电压下，制备了Co掺杂量不同的纳米纤维前驱体，经过500℃高温煅烧，得到Co掺杂量不同的In2O3纳米纤维。气敏特性的测试结果表明

8、，当Co的掺杂量为3%时，所制备的传感器对丙酮的灵敏度最高，且在最佳工作温度350℃时，对100ppm丙酮气体的灵敏度为30。（3）采用水热合成法制备了具有花球状结构的TiO2，并作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料，研究了其对DSSC光电转换效率的影响：以钛酸四正丁酯为钛源、异丙醇为溶剂、二乙撑三胺为表面活性剂，在200℃、24小时条件下进行水热处理，最后在450℃下烧结2小时得到具有花球状结构的TiO2。将其作为DSSC光阳极材料，与市售的P25（一种