[發明專利]一種n-p結型鐵銅基氧化物氣敏元件的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201310069328.4
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN103115946A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 魏琴;杜斌;馮銳;閆良國;李賀;張勇;吳丹;于海琴;王玉蘭;呂曉輝
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種n-p結型鐵銅基氧化物氣敏元件的制備方法及應用，屬于功能材料與金屬氧化物半導體氣敏元件制備工藝領域。

背景技術

在各類氣敏傳感器中，儀器檢測具有靈敏度高、準確性強等優點，但由于儀器體積龐大、價格昂貴，而且測試準備工作繁瑣，不利于現場實時監測，因而其應用受到了限制；電流型傳感器既能滿足一般檢測所要求的靈敏度和準確性，又有體積小、操作簡單、攜帶方便、可用于現場監測及價格低廉等優點。所以，在目前已有的各類檢測氣體的傳感器中，旁熱式氣敏傳感器占有很重要的地位，越來越引起國內外專家學者的普遍關注和成為競相研發的熱點項目之一。

通常氧化物半導體型氣敏傳感器是利用待測氣體分子與氣敏傳感器的氣敏層表面發生化學吸附脫附反應導致氣敏傳感器電導率變化來檢測待測氣體分子的存在的。

目前用于氣體的報警與監控系統的金屬氧化物半導體氣敏傳感器種類較多，開發的熱點主要集中在復合金屬氧化物和混合金屬氧化物及其改性后的各種氣敏傳感器。

在文獻[1]:?Current?Applied?Physics,?2011,?11:?1368-1373中，Surachet?Phadungdhitidhada等人采用碳熱還原法制備得到了多種形態SnO₂基混合物的氣敏材料，氣敏材料對50?~?1000?ppm的乙醇在360℃有良好的響應；在文獻[2]:?Materials?Science?and?Engineering?B,?2010,?166:?104–107中，Kaibo?Zheng等人采用化學氣相沉積法合成Ti摻雜的ZnO納米粒子，氣敏材料對乙醇在260℃有良好的響應，摻雜Ti前后響應恢復時間由10.1?min縮減至3.1?min。

本發明提出了一種n-p結型鐵銅基氧化物氣敏元件的制備方法。

傳感器氣敏特性與半導體粉體的粒度和比表面積密切相關。p區載流子包括多子（空穴）和少子（電子），n區載流子包括多子（電子）和少子（空穴）；p區多子（空穴）濃度高于n區，所以p區空穴向n區擴散，p區空穴擴散到n區與n區的電子中和，在p區留下不可移動的負離子，同理n區也留下不可移動的正離子。

n區正離子與p區負離子之間有電勢差，叫做勢壘。電場的方向是n區指向p區的，阻礙多子的擴散，卻有利于少子的運動，少子的運動叫做漂移，漂移與擴散都產生電流。隨著擴散的進行，勢壘增大，漂移增強，擴散減弱，最后漂移電流與擴散電流相等。達到平衡，流過n-p結的凈電流為0，達到平衡。

n-p結具有電容效應。氧化亞銅是一種p型半導體、四氧化三鐵是一種n型半導體金屬氧化物，可作為檢測還原性和氧化性氣體的氣敏材料，利用本發明可在工業、農業生產以及環境檢測等領域的現場監測發揮重要的作用。

發明內容

本發明的目的之一是為了彌補現有技術的不足，提供一種n-p結型鐵銅基氧化物氣敏元件的制備方法；本發明的目的之二是提供該氣敏元件的應用，該氣敏元件用于乙醇的檢測。

本發明的一種n-p結型鐵銅基氧化物氣敏元件的制備方法，包括如下步驟：

（1）單分散介孔四氧化三鐵納米材料的制備：將0.8?~?1.0?g?FeCl₃?6H₂O溶解在18?mL乙二醇溶液中，形成透明的溶液，然后加入2.6?~2.7?g無水NaAc加9.0?~9.4?mL乙二胺，混合物充分攪拌32~?35?min，封裝在聚四氟乙烯的反應釜中加熱，在200℃下6.0?~7.0?h后，冷卻到室溫，黑色的固體用水洗滌數次直至中性，將固體置于50℃的真空干燥箱中干燥8.5?~9.0?h，即制得單分散介孔四氧化三鐵納米粒子。

所述乙二胺是過量的，過量的乙二胺使四氧化三鐵表面含有氨基量為0.1?~?0.2?μg/mg；所述單分散介孔四氧化三鐵納米粒子孔徑在3?~12nm。