基于有序氧化物纳米线的柔性气敏传感器制备与性能研究

使用高性能纳米线气敏材料是提高传统氧化物半导体气敏传感器灵敏度、选择性、降低工作温度的最有效方式之一。但是单根纳米线传感器存在制作成本高、可重复性差等缺点；目前研究较多的纳米线薄膜传感器由于大量线间界势垒，导致器件工作稳定性差且不利于深度研究气敏机理。本项目结合优化设计传感器电极结构和原位探针技术弥补传统介电泳方法的不足，提出一种简单的、可以大面积实现多种纳米线有序排布新方法。着重从提高器件灵敏度、选择性和稳定性，降低工作温度等方面进行前沿探索性研究，综合材料改性、器件结构优化和辅助光激发来提高有序纳米线基气敏传感器性能，解决纳米氧化物半导体传感器当前存在的问题。借助光电性能表征手段对改性材料和激发波长进行筛选，选择特定激发波长下透明的衬底材料制备柔性气敏传感器，认识材料改性和光激发对气敏过程的作用机理，为促进便携式气敏传感器的实用化奠定理论和技术基础。

本研究采用高性能氧化铟纳米线作为主要气敏研究对象，结合前期研究成果，取得以下几方面进展。（1）生长条件（气体流速、反应气/载气比、饱和蒸汽压大小和分布等因素）对氧化铟产物有很大影响，通过严格控制实验参数制备了高质量、形貌可控的氧化铟纳米材料。（2）提出两种有序纳米线组装新方法。原位生长有序纳米线的方法具有纳米线排布整齐，材料与套刻电极接触性能好的优点。而干法转移法是一种简单的、可以实现大面积多种纳米线有序排布新方法，具有工艺流程简单、材料利用率高、制备过程中避免了材料污染的优点。（3）通过测量气体吸附过程中纳米线电输运特性并结合理论模型拟合来定量分析纳米线与接触电极之间势垒和纳米线内部载流子浓度及迁移率的变化情况，发现吸附空气后纳米线中载流子浓度有显著降低,而纳米线与接触电极之间势垒基本没有变化，该结果有助于对气敏机理的认识。（4）综合材料改性、器件结构优化提高有序纳米线基气敏传感器性能，采用光电性能表征手段对改性材料和激发波长进行筛选，发现了氧化铟纳米线形貌和电学性能与光电性能之间存在很大的相关性。（5）对还原性气体响应的测试发现氧化铟纳米线在一定测试温度下发生型态转变，该实验有待更多次的实验验证，或对气敏机理认识提供更直接的实验依据。