[發明專利]一種基于CdTe/ZnO納米異質結結構的NO2氣敏傳感器的制備方法

在審

• 申請號: 201810852258.2
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109030578A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 李正操;王亞子;李明陽;馮一盟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G01N21/63;G01N23/2251
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了一種基于CdTe/ZnO納米異質結結構的NO₂氣敏傳感器的制備方法。該方法首先通過射頻磁控濺射法在單晶硅基底上濺射ZnO晶種層，然后利用水熱法在ZnO晶種層上生長ZnO納米線陣列，隨后再通過連續離子層吸附反應法合成CdTe納米顆粒并將其修飾在一維的ZnO納米線上構建CdTe/ZnO納米異質結結構。在此異質結結構的表面涂覆Ag薄膜電極并連接導線，制備出具有高靈敏度、良好穩定性、低成本的NO₂氣敏傳感器。本方法制備的NO₂氣敏傳感器可利用異質結效應、納米效應、費米能級效應等，降低傳統ZnO氣敏傳感器的工作溫度，提升氣敏性能，且響應值最高能達30％以上，具有重要的研究意義與可觀的應用前景。

技術領域

本發明屬于半導體氣敏傳感器技術領域，特別涉及一種基于CdTe/ZnO納米異質結結構的NO₂氣敏傳感器的制備方法。

背景技術

隨著工業的迅猛發展，鍋爐廢氣以及機動車尾氣的排放等使得空氣中NO₂的排放量急劇增加。NO₂作為一種具有高活性、高毒性的刺激性氣體，不僅會產生酸雨、地表水富營養化等環境問題，也會引起人體呼吸道受損等健康問題，其對人類的生存環境產生了嚴重的威脅。因此，制備出具有高靈敏度、高穩定性、低成本的NO₂氣敏傳感器具有極為重要的實際應用價值。

金屬氧化物半導體類氣敏材料是被研究和使用最廣泛的一類氣敏傳感器，主要包括SnO₂、WO₃、TiO₂、CuO、Fe₂O₃、ZnO等。其中，ZnO作為一種直接寬帶隙的n型半導體材料，具有光電性能優越、成本低廉的優點，在工業上得到了良好的應用。但其最佳工作溫度介于300～500℃之間，使用范圍依然有限。CdTe屬于Ⅱ—Ⅵ族窄帶隙化合物半導體，光電性能穩定，可作為理想的p型半導體材料。

金屬納米異質結結構由于具有納米尺寸效應、高比表面積與小尺寸的協同效應以及費米能級效應，被視為能夠有效提高氣敏特性的新型氣敏傳感器材料，受到了各界的廣泛關注。一維納米結構通常具有巨大的比表面積，通過在一維納米結構上修飾第二相材料可顯著改善氣敏傳感器的氣敏性能。在異型異質結中，空間電荷層中耗盡層兩端的電場會將多子空穴和少子電子分別往相反的方向移動，從而降低空穴與電子的復合率，增加載流子濃度，延長載流子壽命，由此來提高氣敏材料的靈敏度。當n型半導體作為主相結構，p型半導體作為負載時，當第二相負載量低于一定值時，該異質結結構呈現主相材料的響應特性(即n型響應)；而當第二相負載量高于一定值后，該異質結結構呈現負載材料的響應特性(即p型響應)。因此，通過構建金屬納米異質結結構制備新型氣敏傳感器具有廣闊的發展前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于CdTe/ZnO納米異質結結構的NO₂氣敏傳感器的制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種基于CdTe/ZnO納米異質結結構的NO₂氣敏傳感器的制備方法，包括以下步驟：

(1)將單晶硅基底置于丙酮、乙醇和去離子水中進行超聲清洗15min；

(2)經過步驟(1)處理的單晶硅基底上利用射頻磁控濺射法生長氧化鋅晶種層，控制工作氣體中氬氣與氧氣的流量比為3：1；

(3)利用水熱法在步驟(2)所獲得的晶種層上生長具有分立結構的氧化鋅納米線陣列，并將其置于由Zn(NO₃)₂·6H₂O和HTMA配置而成的等濃度反應溶液中，在磁力攪拌器上而非反應釜中進行水熱反應，溫度為80～100℃，反應時間為3～8h；