基于半导体氧化物纳米结构栅极的紫外光增感型场效应管VOCs传感器

This project aimed at low concentration of VOCs gas detection, combined with ultraviolet enhancement and semiconductor oxide nanomaterials preparation technology, based on the device of field effect transistor, development of new type of VOCs gas sensor. Synthesis of hierarchical nanostructures photocatalytic - gas sensitive composite oxide as a gate electrode materials, using uv enhanced way for sensitive materials under low temperature detection of VOCs gases; Design and optimize the structure of field effect transistor, Adjust and control interface state density, sensitive materials and FET perfect assembly; To systematically study gas-sensing properties, and through the feedback to modify the design of the gate material. Finally the development of miniaturization and low power consumption, high performance VOC gas sensors.

本项目以低浓度VOCs气体的检测为目标，融合紫外光增感和半导体氧化物纳米材料制备技术，以场效应管为器件基础，构建新型的VOCs气体传感器。合成具有分等级纳米结构的光催化-气敏复合氧化物栅极材料，利用紫外光增感的方式实现敏感材料在低工作温度下对VOCs气体的检测；设计和优化场效应管结构，调控界面态浓度完成栅极材料与FET的良好结合；系统地研究气敏性能，并通过反馈对栅极材料的设计进行修正。最终研发出小型化、低功耗、高性能VOC气体传感器。

以场效应管为器件基础，构建新型的VOCs气体传感器。为了实现上述目标，主要开展了以下工作：首先合成了具有分等级纳米结构的复合氧化物栅极材料，制备了单一组分的分等级纳米结构如In2O3中空球、WO3中空球，电纺SnO2中空纳米管，并开展了气敏特性研究。第二，为了实现设计和优化场效应管结构，调控界面态浓度完成栅极材料与FET的良好结合，引入了二维结构材料开展复合材料性能研究，系统的研究了石墨烯与典型半导体氧化物的复合性能，合成了SnO2/RGO，ZnO/RGO,CuO/RGO等材料，开发出了3D石墨烯气溶胶复合半导体氧化物的特殊分等级气敏材料，实现了近室温的气敏测试。第三，在完成了分等级复合材料气敏性能研究之后，加入量子点敏华材料利用紫外光增感的方式实现敏感材料在低工作温度下对VOCs气体的检测，成功的制备出SnO2超薄纳米片与ZnO胶体量子点复合材料，利用FET器件衬底在紫外光激发下实现了对Voc的室温下高灵敏度检测。第四，作为本项目研究的后续结果，集中的开展了石墨烯基复合氧化物，及基于二维超薄纳米材料的气湿敏性能研究。共发表标注的SCI论文10篇，国内专利1项，联合培养博士研究生1人，硕士研究生4人，获批2016年度黑龙江省创新人才基金。