[实用新型]一种同质结薄膜气体传感器

说明书

本实用新型公开的一种同质结薄膜气体传感器，包括从下至上依次设置的基板、pn同质结氧化锌薄膜、电极层、气敏层，所述pn同质结氧化锌薄膜包括n型半导体薄膜以及形成在n型半导体薄膜顶部的p型半导体薄膜。本实用新型能够实现在室温下对CO、C₂H₅OH、H₂、NO₂等气体的有效检测，弥补类似产品中pn结薄膜在生产和应用中出现不稳定而导致的传感性能急剧下降的致命缺陷。

技术领域

本实用新型涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种同质结薄膜气体传感器。

背景技术

目前气体传感器种类繁多，按检测原理可分为半导体式、电解质式、高分子式、复合式等。其中半导体式传感器可分为电阻型和非电阻型，电阻型气敏器件是通过气体分子引起敏感材料电阻的变化；非电阻型气敏器件主要有结型二极管以及场效应管，它利用了敏感气体会改变MOSFET开启电压的原理。为解决半导体式传感器的选择性问题，吴兴惠等（半导体学报15 (1994) 643）提出了气敏元件互补增强原理及其元件结构，即n-n型、p-p型或n-p型。由于互补反馈原理，整体元件的灵敏度与构成它的两种敏感体的灵敏度之乘积有关，故可使整体气敏元件对各种气体的灵敏度得以增强，因此互补A-B组合型气敏元件可获得较高的选择性，并呈现出高稳定性和抗湿能力。

近年来，新型p-n、n-p型及石墨烯等气敏传感器引起了极大的研究热潮：论文Sensors and Actuators B 225 (2016) 16制备了CuO/ZnO pn异质结纳米棒气体传感器，这种传感器在对接近室温下的三乙胺气体呈现出很高的灵敏度，其噪声受限的检测率接近50 ppb。论文Sensors and Actuators B 294 (2019) 106开发出一种SnO/SnO2纳米花状结构组成的气敏元件，该气敏元件在低温下对甲醛气体有很高的灵敏度和较好的选择性。论文Nanotechnology 30 (2019)制备了高质量的ZnO/Si纳米线pn异质结气体传感器，这种传感器在对NO的气体就呈现出很高的灵敏度，其噪声受限的检测率接近10 ppb。此外，Sensors and Actuators B 273 (2018) 498研制了基于GO/Cu2O纳米复合材料的气体传感器，这种传感器能用于低浓度的三甲胺检测。但是，对于p-n型同质结ZnO及其与石墨烯系列的复合半导体式气体传感器的制备及其对氧化氮、一氧化碳等敏感性能的研究却很少。

发明内容

发明目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种同质结薄膜气体传感器，能够实现在室温下对CO、C2H5OH、H2、NO2等气体的有效检测。

技术方案：本实用新型所述同质结薄膜气体传感器，包括从下至上依次设置的基板、pn同质结氧化锌薄膜、电极层、气敏层，所述pn同质结氧化锌薄膜包括n型半导体薄膜以及形成在n型半导体薄膜顶部的p型半导体薄膜。

进一步完善上述技术方案，所述基板采用FTO或ITO。

进一步地，所述n型半导体薄膜采用直接涂覆或溅射法形成在基板上。

进一步地，所述p型半导体薄膜采用熔融盐处理法对n型半导体薄膜上表层处理形成。

进一步地，所述熔融盐处理法采用NaNO3、KNO3、NaCO3中一种或几种熔融盐混合进行处理；所述在n型半导体薄膜上表层中掺杂有Na、K、Li、Rb、Mn、Cu、Ag中任一种或几种的组合。

进一步地，所述n型半导体薄膜和p型半导体薄膜厚度不同。

进一步地，所述n型半导体薄膜和p型半导体薄膜厚度相同。

进一步地，所述电极层、采用直接涂覆或溅射法形成在pn同质结氧化锌薄膜上，所述气敏层采用直接涂覆或溅射法形成在电极层上。

进一步地，所述气敏层的材质采用碳纳米管、二氧化钛、石墨烯及其衍生物、磷酸银中任一种或几种的组合。