本论文面向高性能氧化物半导体型气体传感器的构建，系统地开展了分等级结构氧化物半导体的设计与制备、形貌/微纳结构与传感性能的关联规律、基于掺杂与复合的传感功能改性以及分等级结构材料在气体传感器上的应用等方面的研究。利用水热合成方法成功地制备了多种具有新颖形貌/微纳结构和优异气体传感特性的SnO2和-Fe2O3分等级结构，确立了几种低成本的制备方法；为了进一步提升上述分等级结构材料的灵敏度和选择性，利用原位掺杂和半导体复合技术对SnO2和-Fe2O3分等级结构进行了功能改性，使传感特性显著上升；在此基础上开发了几种高性能气体传感器原型器件。主要成果包括：1、为了克服氧化物半导体纳米颗粒因团聚而导致气体传感特性下降的缺点，围绕提高传感材料的识别功能、转换功能和敏感体利用效率，利用简单的水热合成技术制备了抗团聚性好且由不同结构单元组装的分等级结构氧化物半导体敏感材料，并获得了优异的气体传感特性。（1）设计和制备了基于零维结构单元（纳米颗粒）的Fe2O3分等级结构，并研究了其对乙醇的传感特性。首先，构建了基于多孔-Fe2O3椭球体分等级结构的C2H5OH和CH3COCH3传感器。-Fe2O3椭球体是通过水热方法由纳米颗粒组装而成，具有良好的多孔性和通透性。该传感器能够有效分辨乙醇和丙酮，在250℃下对乙醇具有良好的选择性，对100ppm乙醇的灵敏度可高达25.6，优异的传感特性可归因于-Fe2O3椭球体多孔结构、结构单元的小尺寸以及椭球体形成的敏感体通透结构，这样的结构特征能够增强传感材料的识别功能和敏感体利用效率。其次，构筑了基于无定形Fe2O3双壳层空心球分等级结构的C2H5OH传感器。相比于单壳层空心球结构，Fe2O3双壳层空心球具有大比表面积和孔体积，对于乙醇具有良好的识别能力。在225℃下对100ppm乙醇的灵敏度为8.9，响应时间为1s。（2）设计和制备了基于一维结构单元（纳米棒）的Fe2O3分等级结构，并构建了高性能气体传感器。首先，融合水热合成方法和后续退火处理技术成功地制备出由单晶纳米棒作为基本结构单元组装而成的花状-Fe2O3分等级结构，其对乙醇和丙酮的最佳工作温度分别为260和275℃，在260℃下对100ppm乙醇的灵敏度达到12，响应和恢复时间分别为2和40s，显示了良好的传感特性。其次，构建了基于海胆状-Fe2O3分等级结构空心球的乙醇气体传感器，传感材料的结构单元也为单晶纳米棒。与实心结构相比，海胆状空心球对乙醇气体具有更高的灵敏度，在250℃对100ppm乙醇的灵敏度分别为12.6，此外空心结构还具有快速响应特性，对100ppm乙醇的响应时间为2s。导致空心结构灵敏度提高和响应速度加快的主要原因是其中空的结构以及好的表面渗透性，这些结构特点有利于气体的扩散和反应，同时也提高了敏感材料的利用率。（3）首次制备出基于二维结构单元（纳米片）的花状SnO2分等级结构，并研究了敏感材料退火温度对传感性能的影响。发现随着退火温度的升高，传感器对乙醇气体的灵敏度逐渐增大，在600℃退火下传感器表现出最大的灵敏度，基于花状SnO2分等级结构的传感器在275℃下对100ppm C2H5OH的灵敏度比使用SnO2纳米颗粒的传感器高出4倍，传感器性能提升的原因可能来源于敏感材料独特的结构。2、为了进一步提升分等级结构氧化物半导体的气体传感特性，我们系统地研究了原位掺杂和复合等改性技术。（1）首先，针对SnO2基气体传感器的选择性较差的问题，利用过渡金属离子原位掺杂的方法对SnO2分等级结构进行改性，较好地解决了这一难题。首次制作出基于Cd掺杂的SnO2花状分等级结构的气体传感器，研究了Cd掺入量对传感器性能的影响。结果表明对于未掺杂的传感器，对C2H5OH气体具有良好的选择性，而Cd掺杂后则对H2S气体具有很好的选择性。在275℃下，基于3.0wt%Cd-SnO2花状分等级结构的传感器对10ppm H2S的灵敏度为31，为未掺杂的22倍。这指出Cd掺杂不仅显著提高了对H2S的灵敏度，还能明显地改善其选择性。Cd的掺入会导致表面氧空位浓度增加，提升表面氧化能力，这是导致传感器性能提升的主要原因。其次，我们还研究了Cu掺杂的-Fe2O3立方体的气体传感特性，发现掺杂量为3.0wt%的立方体对乙醇气体表现出最高的响应，在225℃下对100ppm C2H5OH响应值比未掺杂的-Fe2O3立方体提高了3倍。（2）除了掺杂的方法以外，我们还采用半导体复合的技术对敏感材料进行了改性，实现了传感器性能的提升。首次利用液相合成技术制备了海胆状SnO2/-Fe2O3双壳层空心分等级结构，-Fe2O3的复合明显地提高了SnO2传感器对C2H5OH气体的灵敏度，尤其是在250℃时，复合后的传感器对100ppm乙醇的灵敏度约为复合前的3倍。异质结的势垒高度在不同气氛中的变化可能是海胆状SnO2/-Fe2O3复合氧化物传感性能提升的主要原因。