[發明專利]一種貴金屬增強型半導體異質結氣體傳感器

有效

• 申請號: 202010150046.7
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111272827B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 劉黎明;惠裕充;遲鋒;易子川;張智
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 重慶萃智邦成專利代理事務所(普通合伙) 50231
• 代理人: 舒夢來

本發明涉及一種貴金屬增強型半導體異質結氣體傳感器，包括基底層，所述基底層的上方設置有半導體異質結，所述半導體異質結的上方設置有多個間隔排列的貴金屬塊,所述基底層與半導體異質結之間還設置有相互間隔的第一電極、第二電極；該貴金屬增強型半導體異質結氣體傳感器，通過在半導體異質結上方設置貴金屬塊，通過光入射，在貴金屬塊表面引發表面等離激元共振，從而在貴金屬塊表面聚集強電場，通過強電場調節半導體異質結自由電子濃度，進而使得半導體異質結的電阻劇烈變化，通過檢測電阻的變化，就可以實現氣體分子的探測；與傳統的氣體傳感器相比，該氣體傳感器具有結構簡單、氣體探測靈敏度高的優點。

技術領域

本發明屬于氣體探測技術領域，具體涉及一種貴金屬增強型半導體異質結氣體傳感器。

背景技術

氣體傳感器是一種檢測氣體濃度的儀器。該儀器適用于存在可燃或有毒氣體的危險場所，能長期連續檢測空氣中被測氣體爆炸下限以內的含量。可廣泛應用于燃氣、石油化工、冶金、鋼鐵、煉焦、電力等存在可燃或有毒氣體的各個行業，是保證財產和人身安全的理想監測儀器。

半導體氣體傳感器是利用半導體氣敏元件作為敏感元件的氣體傳感器，是最常見的氣體傳感器，廣泛應用于家庭和工廠的可燃氣體泄露檢測裝置，適用于甲烷、液化氣、氫氣等的檢測。

對于半導體氣體傳感器，按照半導體與氣體的相互作用是在其表面還是在其內部，可分為表面控制型和體控制型兩種；按照半導體變化的物理性質，又可分為電阻型和非電阻型兩種。電阻型半導體氣體傳感器是利用半導體接觸氣體時其阻值的改變來檢測氣體的成分或濃度；而非電阻型半導體氣體傳感器則是根據對氣體的吸附和反應，使半導體的某些特性發生變化對氣體進行直接或間接檢測。

上述氣體傳感器主要存在如下缺陷：氣體傳感器的靈敏度較低、選擇性較差、功耗大、制備工藝復雜、價格高等因素，而所有這些因素都與氣體傳感器所采用的敏感材料和氣體傳感器的結構有關。

發明內容

本發明提供了一種貴金屬增強型半導體異質結氣體傳感器，包括基底層，所述基底層的上方設置有半導體異質結，所述半導體異質結的上方設置有多個間隔排列的貴金屬塊,所述基底層與半導體異質結之間還設置有相互間隔的第一電極、第二電極。

所述半導體異質結包括半導體層，設置于半導體層上方的多個相互間隔的半導體塊。

所述半導體塊為周期排列。

所述貴金屬塊設置于半導體層的上方。

所述貴金屬塊與半導體塊間隔排列。

所述半導體層與半導體塊為不同的半導體材料制成。

所述半導體層的價帶和導帶均高于半導體塊的價帶和導帶。

所述半導體層是二氧化鈦(TiO₂)制成，所述半導體塊是二硫化鎢制成。

所述貴金屬塊為周期排列。

所述貴金屬塊為楔形。

與現有技術相比，本發明的有益效果：本發明提供了的這種貴金屬增強型半導體異質結氣體傳感器，通過在半導體異質結上方設置貴金屬塊，通過光入射，在貴金屬塊表面引發表面等離激元共振，從而在貴金屬塊表面聚集強電場，強電場有利于將半導體異質結內部的自由電子與附近的氧氣分子結合，變成氧負離子，使得半導體異質結內部的自由電子濃度減少，半導體異質結電阻劇烈增加；當待測氣體與傳感器接觸時，氣體分子與更多的氧負離子反應，生成更多的自由電子，這些自由電子返回該氣體傳感器中，使得半導體異質結自由電子濃度劇烈增加，電阻劇烈降低，通過檢測電阻的變化，就可以實現氣體分子的探測；與傳統的測量氣體傳感器相比，該氣體傳感器具有結構簡單、氣體探測靈敏度高的優點。

以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

附圖說明