氧化物半导体异质结构的构筑及其气敏特性的研究

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1、分类号：TP212单位代码：10183研究生学号：2015511030密级：公开氧氧化物半导吉林大学体异质博士学位论文结构的构筑及其气敏刘畅特性的研究刘畅2018年6月吉林大学氧化物半导体异质结构的构筑及其气敏特性的研究ResearchonOxideSemiconductorHeterostructuresandTheirGasSensingProperties作者姓名：刘畅专业名称：微电子学与固体电子学研究方向：先进传感技术指导教师：卢革宇教授学位类别：理学博士培养单位：吉林大学电子科学与工程学院论文答辩日期：2018年5月29日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职

2、称工作单位姓名职称工作单位盲审专家教授华东师范大学主席申德振研究员长春光机所盲审专家教授中科院微电子研究所委员梁静秋研究员长春光机所盲审专家教授哈尔滨工业大学张昕彤教授东北师范大学赵纯教授吉林大学张彤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

3、，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

4、专业：论文题目：氧化物半导体异质结构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：摘要中文摘要氧化物半导体异质结构的构筑及其气敏特性的研究丙酮作为一种常见的有机溶剂和重要原料，被广泛地应用在工业生产领域。然而其易燃、易爆且具有刺激性，这使得实时检测和监测丙酮泄露，保障生命和生产安全至关重要。另外，丙酮作为糖尿病的呼气标志物，有效检测其含量对于糖尿病的无痛诊断具有重要意义。因此，开发和制作高性能的丙酮传感器势在必行。基于氧化物半导体的气体传感器具有结构简单、价格低廉、性能可调等优势，成为目前检测丙酮气体的首选。本论文以α-Fe2O3和ZnO气敏

5、材料为主要研究对象，以提高敏感材料的识别功能、转换功能和利用效率为出发点，通过对基体材料进行结构优化及表界面修饰，成功构筑了金属-氧化物半导体（金-半）、n-n型及n-p型氧化物半导体-氧化物半导体（半-半）异质结构，改善了α-Fe2O3和ZnO基气体传感器对丙酮气体的气敏特性，并揭示了纳米多级复合材料的增感机理。具体研究内容如下：（1）利用简单的溶剂热反应，成功制备了由0维纳米颗粒组装的α-Fe2O3多孔微米花分等级结构。气敏测试结果表明，基于α-Fe2O3分等级结构的气敏元件在210°C下，对100ppm丙酮气体的响应值为14.5，是相同尺寸α-Fe2O3纳米颗粒的2倍；同时其响应

6、和恢复时间分别为1s和39s，优于纳米颗粒的7s和172s，表现出了较好的响应-恢复特性。α-Fe2O3多孔花独特的分等级结构提高了材料自身的识别功能和敏感体的利用率，实现其结构增感。（2）利用Pt纳米颗粒对α-Fe2O3多孔球进行修饰改性，研究了金-半异质结构对氧化物半导体气体传感特性的影响。首先，通过简单的水浴法制备了平均直径约为300nm的α-Fe2O3多孔纳米球，随后，利用化学浸渍法在α-Fe2O3多孔球的表面上均匀负载了粒径约为5nm的Pt纳米颗粒，得到了Pt/α-Fe2O3金-半异质结构多孔球。气敏测试结果表明，纯相α-Fe2O3在250°C下，对100ppm丙酮气体的响应

7、值为10.4。经过适量的Pt修饰后，传感器的最佳工作温度下降到220°C，同时，灵敏度上升至27.2，达到了纯相α-Fe2O3响应值的2.6倍。Pt/α-Fe2O3出色的气敏特性不仅归功于其通透多孔的形貌特点，贵金属Pt优异的I吉林大学博士学位论文电子/化学敏化机制也被认为是气敏特性得以提升的关键。（3）利用异种氧化物半导体取代较为稀缺的贵金属，通过构筑n-n型半-半异质结构来实现传感器性能的提升，同时降低其生产成本。在ZnO花状的分等级结构基