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半导体型气敏材料研制

文章来源:甘肃快三信息中心编辑室   时间:2019-3-21 15:52:00 访问数:

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与电化学型、光学型、质量型等气体传感器件相比,半导体型气体传感器件因其结构简单、灵敏度高、使用寿命长、极易微型化等特点,是目前应用最为广泛的气体传感器件,并且是下一代MEMs集成式微型气体传感器件研究开发的重点。通过前期摸索,在掌握半导体型气体传感器件批量制作工艺基础上,持续开展与现有器件制作工艺相兼容的高性能、特种气敏材料研制。

1  通过p-n异质结调控,实现对H2特异性响应

 

较差的气敏选择性是半导体型气体传感器应用所面临的最大挑战,构建p-n异质结是改善其气敏选择性的重要方法。我们合成了Co3O4/SnO2复合材料,在气敏膜中构建p-n异质结,获得了对H2p型响应,对其他还原性气体(CONH3H2S)n型响应的高H2选择性气敏器件。虽然构建异质结可以改善传感器气敏选择性,但是获得对H2响应类型反转的反常气敏现象却鲜有文献报道。我们将其归结于Co3O4SnO2对不同还原性气体具有不同的气敏反应活性,从而通过调控异质结高度与载流子浓度实现了对H2响应类型的反转,如图1所示。该机理的提出对p-n异质结气敏材料气敏选择性的设计具有借鉴意义。

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2  构建有机-无机杂化异质结,实现对NOx低温高选择性响应

氮氧化物气体(NOx)是炸药老化释放的特征性气体,具有强氧化性、酸性、腐蚀性及毒性。通过对NOx的传感检测,可以评估炸药性能状态以及NOx对其他部组件的性能影响。目前的半导体型气体传感器存在工作温度较高等问题,不适宜用于含炸药环境的NOx检测。

金属酞菁类化合物是一类具有优异热稳定性和化学稳定性的p型有机小分子半导体,由于其具有独特的掺杂/去掺杂传感机理而具有优异的NO2室温气敏性能。然而金属酞菁类气敏膜的导电性较差,为了获得较高导电性就必须具有较好结晶性,而较好结晶性会影响气体分子在气敏膜中的扩散、吸附,从而导致其灵敏度较差、响应/恢复时间较长。为了克服有机气敏材料和无机气敏材料各自的缺点,构建有机/无机杂化气敏膜是一种有效手段。我们将p型酞菁铜衍生物(CuPcTS)均匀负载在SnO2气敏膜表面,构建有机-无机杂化气敏膜。SnO2膜作为导电通道,利用CuPcTSNO2分子的高选择性化学吸附,通过p-n异质结来调控SnO2膜中导电通道宽度,最终实现了对ppbNO2的高选择、低检出限(检出限低至4010-9)以及低温响应,如图2所示。

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