针对NO2气体传感的三氧化钨纳米棒

随着工业化的发展，汽车尾气和工业排放中的二氧化氮（NO2）严重威胁着人类健康和生态环境。 0.1 ppm 甚至更少的 NO2 都会对人体健康造成显着的健康影响。因此，高灵敏度的二氧化氮气体传感器受到了广泛的关注。在各种气体传感器中，基于金属氧化物半导体的传感器广泛应用于工业、医疗等领域。由于 W 存在多种氧化态，因此氧化钨 (WO3) 是 NO2 半导体传感器的常用传感材料。

因此，三氧化钨纳米棒是在大气环境中通过热氧化技术从溅射沉积的钨膜合成的。已经合成了用于 NO2 气体传感的 WO3 纳米棒，所制备的气体传感器显示出优异的传感性能。 WO3纳米棒气敏器件的合成如下：

采用射频溅射技术，在涂有SiO2的硅衬底上沉积厚度为100nm的钨金属薄膜。沉积膜在水平管式炉中在大气环境中在500℃下氧化4小时。使用SEM（型号：Zeiss，EVO 18）观察氧化后样品的形貌，并使用XRD（型号：Phillips X'pert，波长为1.54Å的Cu Kα X射线源）和拉曼光谱（型号： HORIBA，LabRAM HR Evolution，激光源：514nm）。使用 XPS（型号：SPECS、Phoibos 100）研究纳米棒的化学成分。在 WO3 纳米棒生长后，使用我们之前出版物中提到的平面 MEMS 技术制造传感器。该设备由一个微型加热器和周围的IDE（Inter Digited Electrode）结构组成，两者都放置在一个固体热绝缘体上。微机械气体传感器原理图及其光学图像如图1所示。器件尺寸为1.21mm2，最小特征尺寸为40μm。该器件通过各种微加工步骤制造，例如氧化、光刻、各向异性蚀刻、沉积、化学机械抛光和剥离。在这个微机械平台上，它是通过在硅基板中嵌入固体绝热体（6μm 厚的 SiO2）制成的。该平台减少了局部区域的热传递，从而降低了功耗[4]。当在微型加热器的端子上施加电压时，焦耳加热会产生温度。出于校准目的，通过源极焊盘施加直流电压，同时测量两个焊盘之间的电流，即在不同电压下测量电阻。

总之，三氧化钨纳米棒已被合成用于 NO2 气体传感，所制备的气体传感器显示出优异的传感性能。当 100 nm 的钨膜在大气环境中在 500 °C 下氧化时，会形成 WO3 纳米棒。结果表明，直径为~80 nm，长度为400 nm。在 225 °C 的中等最佳操作温度下，它对 10 ppm 的 NO2 气体显示出 116.3% 的高响应。在最佳工作温度下，传感器能够检测到小浓度的 NO2 气体 (2 ppm) 。

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