纳米晶氧化锡基异质结的有序生长与气敏效应研究

微观结构有序化正成为纳米气敏材料的发展方向之一，氧化物异质结型气体传感器以其高灵敏度和高选择性在低温、低浓度气体检测领域有着良好的应用前景，室温下的高效检测成为人们研发的目标。本项目拟发展以纳米晶氧化锡为基材的异质结阵列型气体传感器，融纳米材料、异质结和微观结构均匀有序三种气敏效应增强机制于一体，重点通过实现周期有序的微观结构来改善室温下对低浓度气体的响应-恢复特性。尝试采用锡阳极氧化技术生长热稳定的纳米有序氧化锡多孔薄膜，利用气溶胶辅助沉积工艺在孔内填充生长异质氧化物得到尺寸均匀且规则排列的纳米晶异质结阵列。系统研究其形成条件、规律和机制，获得纳米晶氧化物异质结阵列可控生长技术，制作满足实用化技术指标的器件原型；充分借助微观结构有序可控赋以理论研究的便利，探索异质结气敏特性与其组分体系及微观结构的关系和规律,合理诠释气敏效应的物理与化学内涵，为发展实用化纳米气体传感器提供实验和理论参考。

半导体气体传感器具有灵敏度高、响应快、使用方便和成本低廉等特点，是目前应用最为广泛的一类气体传感器，在环境保护、安全生产及医疗诊断等领域发挥着重要作用。然而，传统半导体气体传感器的工作温度较高，而且选择性不佳，极大制约了进一步发展。当前，利用纳米气敏材料的特殊活性以及微观结构有序化实现高效室温气体传感已成为气体传感器领域的研究热点与重点。本项目发展以纳米晶氧化锡为基材的异质结阵列型气体传感器：采用金属锡直接氧化和电泳沉积等方法制备出疏松多孔的纳米晶氧化锡膜，通过对成膜机理的研究和工艺条件优化，提高了微观结构的有序性；在此基础上，探索并优化了气溶胶辅助沉积技术制备纳米晶氧化锡异质结阵列的技术与工艺，系统研究了氧化锡/氧化铜、氧化锡/氧化铟等多种异质结的形成条件、规律和机制；进而探索了氧化锡基异质结组分体系及微观结构对气敏效应的影响和规律，利用能带理论和表面吸附理论建立了气敏效应的理论模型，阐述了异质结的气敏特性机理，最终制作出对低浓度硫化氢和二氧化氮气体具有室温气敏效应的气体传感器, 为高新能半导体气体传感器的设计与制备研究提供了实验及理论基础。相关成果发表论文8篇，SCI/EI/ISTP分别收录5/8/3篇次。