单根SnO2纳米线器件的电输运及气敏性质研究

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具有四方金红石结构的SnO2纳米线是一种直接宽帯隙的N型半导体材料,在室温下的禁带宽度为3.6eV。同时由于纳米线的形貌结构拥有大的比表面积、高的表面活性以及量子尺寸效应等特点具有优异的光学和电学性能,使其在气敏传感器、紫外光探测器、太阳能电池材料以及锂电池等领域有着广泛的应用价值。在本论文中,我们通过交流电场组装的方法成功构筑了基于肖特基接触的单根SnO2纳米线器件,通过退火处理和紫外光辐射的方法研究了调控单根SnO2纳米线电流输运特性的因素。在纳米线的输运特性的基础上,我们在不同条件下测试了单根SnO2纳米线器件的气敏特性。具体的研究内容如下几点:在第二章我们利用化学气相沉积的方法合成出了SnO2纳米线,通过对纳米线的形貌和结构的表征,我们得出了纳米线的生长过程符合VLS机理。并通过热烧结的方法成功的在纳米线上负载了粒径在20nm左右的金纳米颗粒,最后利用交流电场组装的方法构筑了单根SnO2纳米线器件。在第三章中,我们通过对构筑成功的单根纳米线器件进行不同温度的退火处理后发现:随着退火温度的升高,一部分器件由肖特基接触逐步转化为欧姆接触,而另外一部分器件则仍是肖特基接触。随后我们对不同接触类型的纳米线器件在紫外光照射下进行电学测试得到结果:基于肖特基接触的器件相比于欧姆接触的器件对紫外光有很高的灵敏度和快速的响应速度,对紫外光的灵敏度高达4个数量级,我们分析上述原因可能是两种接触类型的器件对紫外光响应机理不同造成的。第四章我们对不同接触类型的器件在不同条件下,分别对10ppm的H2S和100ppm的CO做了气敏实验测试:在相同的温度条件下,肖特基型器件对H2S的灵敏度比欧姆型器件提高了将近2个数量级,响应、恢复速度也有很大提高,主要是由于纳米线的反向电流随肖特基势垒处吸附氧的脱附量呈指数变化导致的。在紫外光辐射下,气敏器件对H2S的灵敏度提高了80%,对CO的灵敏度提高了317%,响应和恢复速度都有提高,说明紫外光辐射是一种提高器件气敏性能的有效方法。我们合成了粒径在20nm左右的金纳米颗粒,并成功的修饰到SnO2纳米线的表面,对修饰有金纳米颗粒的单根SnO2纳米线器件进行气敏测试,得到测试结果发现:与未负载的纳米线器件相比,灵敏度最大提高了1465%,响应速度提高了825%,恢复速度提高了150倍,得出了对纳米线表面金纳米颗粒修饰是一种比较有效的提高纳米线气敏性能的方法。
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