[发明专利]一种基于CdTe/ZnO纳米异质结结构的NO2气敏传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于CdTe/ZnO纳米异质结结构的NO₂气敏传感器的制备方法。该方法首先通过射频磁控溅射法在单晶硅基底上溅射ZnO晶种层，然后利用水热法在ZnO晶种层上生长ZnO纳米线阵列，随后再通过连续离子层吸附反应法合成CdTe纳米颗粒并将其修饰在一维的ZnO纳米线上构建CdTe/ZnO纳米异质结结构。在此异质结结构的表面涂覆Ag薄膜电极并连接导线，制备出具有高灵敏度、良好稳定性、低成本的NO₂气敏传感器。本方法制备的NO₂气敏传感器可利用异质结效应、纳米效应、费米能级效应等，降低传统ZnO气敏传感器的工作温度，提升气敏性能，且响应值最高能达30％以上，具有重要的研究意义与可观的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体气敏传感器技术领域，特别涉及一种基于CdTe/ZnO纳米异质结结构的NO₂气敏传感器的制备方法。

背景技术

随着工业的迅猛发展，锅炉废气以及机动车尾气的排放等使得空气中NO₂的排放量急剧增加。NO₂作为一种具有高活性、高毒性的刺激性气体，不仅会产生酸雨、地表水富营养化等环境问题，也会引起人体呼吸道受损等健康问题，其对人类的生存环境产生了严重的威胁。因此，制备出具有高灵敏度、高稳定性、低成本的NO₂气敏传感器具有极为重要的实际应用价值。

金属氧化物半导体类气敏材料是被研究和使用最广泛的一类气敏传感器，主要包括SnO₂、WO₃、TiO₂、CuO、Fe₂O₃、ZnO等。其中，ZnO作为一种直接宽带隙的n型半导体材料，具有光电性能优越、成本低廉的优点，在工业上得到了良好的应用。但其最佳工作温度介于300～500℃之间，使用范围依然有限。CdTe属于Ⅱ—Ⅵ族窄带隙化合物半导体，光电性能稳定，可作为理想的p型半导体材料。

金属纳米异质结结构由于具有纳米尺寸效应、高比表面积与小尺寸的协同效应以及费米能级效应，被视为能够有效提高气敏特性的新型气敏传感器材料，受到了各界的广泛关注。一维纳米结构通常具有巨大的比表面积，通过在一维纳米结构上修饰第二相材料可显著改善气敏传感器的气敏性能。在异型异质结中，空间电荷层中耗尽层两端的电场会将多子空穴和少子电子分别往相反的方向移动，从而降低空穴与电子的复合率，增加载流子浓度，延长载流子寿命，由此来提高气敏材料的灵敏度。当n型半导体作为主相结构，p型半导体作为负载时，当第二相负载量低于一定值时，该异质结结构呈现主相材料的响应特性(即n型响应)；而当第二相负载量高于一定值后，该异质结结构呈现负载材料的响应特性(即p型响应)。因此，通过构建金属纳米异质结结构制备新型气敏传感器具有广阔的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CdTe/ZnO纳米异质结结构的NO₂气敏传感器的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于CdTe/ZnO纳米异质结结构的NO₂气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅基底置于丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗15min；

(2)经过步骤(1)处理的单晶硅基底上利用射频磁控溅射法生长氧化锌晶种层，控制工作气体中氩气与氧气的流量比为3：1；

(3)利用水热法在步骤(2)所获得的晶种层上生长具有分立结构的氧化锌纳米线阵列，并将其置于由Zn(NO₃)₂·6H₂O和HTMA配置而成的等浓度反应溶液中，在磁力搅拌器上而非反应釜中进行水热反应，温度为80～100℃，反应时间为3～8h；