多孔硅与氧化钨纳米棒复合结构气敏材料

近年来，氧化钨被认为是极有研究与应用前景的半导体气体敏感材料。氧化钨属于n 型宽禁带半导体，在气体传感器、光电器件以及光催化等领域均有广泛的应用，尤其是作为一种高性能气敏材料，可高灵敏度探测各种有毒和危险性气体，如NO₂、H₂S、Cl₂、NH₃ 等。

有研究表明，一维氧化钨纳米结构与传统的氧化钨材料相比，其具有更大的比表面积，更大的表面活性以及更强的气体吸附能力，从而能加快与气体之间的反应，在进一步提高灵敏度的同时，对于降低工作温度具有重要意义。多孔硅是一种在硅片表面通过腐蚀形成的孔径尺寸、孔道深度和孔隙率可调的多孔性疏松结构材料，室温下即具有很高的表面活性，可检测NO₂、NH₃、H₂S及多种有机气体，且制作工艺易与微电子工艺技术兼容。

采用硅基有序多孔硅复合氧化钨纳米棒为复合结构气敏材料，使得多孔硅与氧化钨两种半导体材料之间形成异质结，因整体纳米协同效应而获得单一材料所不具备的气敏特性。新型复合结构气敏材料因具有巨大的比表面积以及大的表面活性，有望降低工作温度，开发出室温探测气敏材料。

将多孔硅与氧化钨纳米棒复合结构气敏材料的制备方法，具有如下步骤：

（1）清洗硅基片衬底

将p型单晶硅基片单面抛光，电阻率为10～15Ω·cm，依次经过浓硫酸与过氧化氢混合溶液浸泡30～50分钟、氢氟酸水溶液浸泡20～40分钟、丙酮溶剂超声清洗5～15分钟、无水乙醇超声清洗5～15分钟、去离子水中超声清洗5～15分钟，以除去表面油污、有机物杂质以及表面氧化层；

（2）制备有序多孔硅

采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅基片抛光表面制备多孔硅层，所用腐蚀电解液由 质量浓度为40%的氢氟酸与质量浓度为40%的二甲基甲酰胺组成，体积比为1：2，不添加 表面活性剂和附加光照，施加的腐蚀电流密度为50～120mA/cm2，腐蚀时间为5～20min；

（3）制备多孔硅与氧化钨纳米棒复合结构

将步骤(2)制备的硅基多孔硅置于水平管式炉中，利用化学气相沉积的方法，钨粉作为钨源，以氩气作为工作气体，氧气作为反应气体，气体流量分别控制为10～20sccm和0.5～10sccm，源温度为1100～1300度，保温时间为90～120min，本体真空度为1～5Pa，工作 压强为50～100Pa，基片与钨粉之间的距离为14～20cm。

一维氧化钨纳米棒具有大的比表面积，气体扩散通道的多孔硅与氧化钨纳米棒的复合结构，非常适用于作为气敏材料。

• < 前へ
• 次へ >