金属氧化物半导体核壳纳米纤维的构筑及其气敏特性的研究

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1、金属氧化物半导体核壳纳米纤维的构筑及其气敏特性的研究SynthesisofMetalOxideSemicondutctorCore-ShellNanofibersanditsApplicationinGasSensing作者姓名：李峰专业名称：微电子学与固体电子学指导教师：张彤教授学位类别：理学博士论文答辩日期：2018年05月29日授予学位日期：年月日答辩委员会：主席：申德振研究员中科院长春光机与物理研究所委员：梁静秋研究员中科院长春光机与物理研究所张昕彤教授东北师范大学赵纯教授吉林大学卢革宇教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书

2、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用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士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，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论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，均已在文中以明确方式标明。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：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据

3、库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：微电子学与固体电子学论文题目：金属氧化物半导体核壳纳米纤维的构筑及其气敏特性的研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：作者联系电话：中文摘要论文题目：金属氧化物半导体核壳纳米

4、纤维的构筑及其气敏特性的研究作者：李峰学号：201551027专业：微电子学与固体电子学指导教师：张彤随着社会不断的发展与进步，化石燃料的开采和燃烧以及工业废气造成的大气污染越来越严重。气体传感器作为一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置，被广泛应用于有害气体进行实时检测，有利于人们对大气污染的治理。敏感材料是气体传感器领域的核心，对高性能的敏感材料的研究与开发，是提高气体传感器敏感特性的主要途径之一。本论文主要以研究核壳结构对半导体敏感材料气敏特性的影响为目标，立足于异质结中自由电子扩散方向与半导体电子功函数之

5、间关系的设计，通过制备具有核壳结构的纳米纤维，研究纳米纤维的气敏特性与自由电子扩散方向之间的关系，深入研究了异质结、核壳结构对半导体敏感材料气敏特性提升的敏感机理，主要工作分如下四个部分：（1）SnO2作为壳层材料，设计自由电子从内层向外层扩散的异质结，选择TiO2作为核层材料，通过共轴静电纺丝法，制备了具有核壳结构的TiO2-SnO2纳米纤维，并以TiO2、SnO2单轴纳米纤维作为对照实验，重点对比了核壳结构纳米纤维与单轴纳米纤维气敏特性的差异，研究结果表明：当自由电子从内层向外层扩散，在壳层形成电子积累层时，可以提高核壳纳米纤维对待测气体的灵敏度如丙

6、酮，并加快对丙酮的恢复速度。本章工作为研究核壳结构对气敏特性的影响做基础研究。（2）结合第一部分的研究工作，确定壳层材料为SnO2，设计自由电子从外层向内层扩散的异质结，使得壳层为电子耗尽层，因此选择WO3作为核层材料，制备了WO3-SnO2核壳纳米纤维。为了更深入的研究异质结在核壳结构中对气敏特性的影响，引入WO3-SnO2复合纳米纤维与WO3、SnO2单轴纳米纤维共同作I为对照实验，通过对核壳纳米纤维和单轴纳米纤维气敏特性的全面测试与研究，发现当壳层为电子耗尽层时，核壳纳米纤维对待测气体的灵敏度仍有提高如乙醇，但是敏感材料对乙醇的响应恢复特性比SnO

7、2单轴纳米纤维的有所下降，尤其是恢复能力明显减弱。此外，核壳纳米纤维的气敏特性与壳层材料有着紧密的联系。通过本章的研究工作，证明自由电子在异质结中的扩散方向对核壳纳米纤维气敏特性的影响有着明显不同。（3）为了进一步研究核壳结构对纳米纤维气敏特性的影响，针对自由电子在异质结中的扩散方向的与半导体电子功函数之间的关系，设计了核壳材料互换的两种核壳纳米纤维，制备了In2O3-SnO2核壳纳米纤维和SnO2-In2O3核壳纳米纤维，通过对两种核壳纳米纤维气敏特性的测试并与In2O3、SnO2单轴纳米纤维的气敏特性做对比，研究发现：无论自由电子的扩散方向如何，均会

8、提升核壳纳米纤维对待测气体的灵敏度，证明了核壳结构是提升敏感材料的灵敏度的重要方