【摘 要】
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纳米科学技术的不断进步有力地推动了微纳器件向小型化、智能化和高度集成化的方向发展,因其表现出潜在的应用价值,纳米材料和技术受到了国内外科学家的广泛关注。ZnO和ZnS纳米
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纳米科学技术的不断进步有力地推动了微纳器件向小型化、智能化和高度集成化的方向发展,因其表现出潜在的应用价值,纳米材料和技术受到了国内外科学家的广泛关注。ZnO和ZnS纳米材料是人们研究最为广泛的纳米材料中的两种,它们都属于直接带隙半导体。由于小尺寸效应和表面效应,ZnO和ZnS纳米材料对大气中的氧具有敏感作用,能够感应氧气浓度和压强的变化。本文以此为切入点,介绍了ZnO/ZnS纳米带和ZnO纳米线阵列的制备及表征,并分别制备出了基于ZnO/ZnS纳米带膜和基于ZnO纳米线阵列的真空压强传感器。在不同压强条件下测试了这三类传感器的伏安特性,并由此分析了其电阻、功率、灵敏度以及测试范围等特性;在压强周期性变化条件下,测试了传感器响应电流随时间的变化,分析了传感器的时间响应特性;最后,利用氧吸附理论和能带理论对传感器的敏感机理进行了合理的解释。本文的主要工作包括以下几个部分:(1)采用热蒸发方法制备出了ZnO和ZnS纳米带,在扫描电镜下观察发现它们呈扁平带状,长度为几十到几百微米,宽度约为几百纳米,通过将纳米带沉积在叉指电极上分别制备了基于ZnO和ZnS纳米带膜的真空压强传感器;采用化学气相沉积法制备了ZnO纳米线阵列,它们在基底上垂直生长,直径统一、高度一致,通过在阵列顶部制作电极得到了基于ZnO纳米线阵列的真空压强传感器。(2)测试了基于ZnO/ZnS纳米带膜和基于ZnO纳米线阵列的真空压强传感器在不同压强条件下的伏安特性。结果表明:这三类传感器的响应电流都随着压强的减小而呈现出增大趋势,基于ZnO纳米线阵列的真空压强传感器的响应电流比基于ZnO/ZnS带膜传感器的响应电流高三个数量级。利用伏安特性关系建立了传感器的电阻与压强的关系,可以利用这个关系通过测量电阻变化来反映其周围压强的变化。这三类传感器都具有宽的测量范围、高的灵敏度和低的功耗。(3)测试了当压强周期性变化时,基于ZnO/ZnS纳米带膜和基于ZnO纳米线阵列的真空压强传感器的响应电流随时间的变化。结果表明:电流随压强的变化而呈周期性变化,并且在压强迅速变化时,响应电流表现出一定的滞后性。(4)通过氧吸附和解吸附理论以及能带理论,对真空压强传感器敏感机制作出了合理的解释,并分析了引起基于ZnO纳米线阵列的真空压强传感器的响应电流高于基于ZnO带膜传感器响应电流的原因。
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