文档介绍：学校代码 10530 学号 200810061036
分类号 TB772+.2 密级

硕士学位论文

基于一维 ZnO 和 ZnS 纳米材料的真
空压强传感器

学位申请人曹鑫超
指导教师郑学军教授
学院名称材料与光电物理学院
学科专业微电子学与固体电子学
研究方向纳米电子材料与器件

二零一三年五月二十五日
Vacuum pressure sensors based on One-
dimensional ZnO and ZnS nanomaterials

Candidate Xinchao Cao
Supervisor Professor Zheng Xue Jun
College Faculty of Materials and Photoelectronic Physics
Program Microelectronics and Solid-State Electronics
Specialization Nanoelectronic Materials and Devices
Degree Engineering Master
University Xiangtan University
Date 2013-5-25
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日

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作者签名: 日期: 年月日

导师签名: 日期: 年月日
摘要
纳米科学技术的不断进步有力地推动了微纳器件向小型化、智能化和高度集
成化的方向发展,因其表现出潜在的应用价值,纳米材料和技术受到了国内外科
学家的广泛关注。ZnO 和 ZnS 纳米材料是人们研究最为广泛的纳米材料中的两
种,它们都属于直接带隙半导体。由于小尺寸效应和表面效应,ZnO 和 ZnS 纳
米材料对大气中的氧具有敏感作用,能够感应氧气浓度和压强的变化。本文以此
为切入点,介绍了 ZnO/ZnS 纳米带和 ZnO 纳米线阵列的制备及表征,并分别制
备出了基于 ZnO/ZnS 纳米带膜和基于 ZnO 纳米线阵列的真空压强传感器。在不
同压强条件下测试了这三类传感器的伏安特性,并由此分析了其电阻、功率、灵
敏度以及测试范围等特性;在压强周期性变化条件下,测试了传感器响应电流随
时间的变化,分析了传感器的时间响应特性;最后,利用氧吸附理论和能带理论
对传感器的敏感机理进行了合理的解释。本文的主要工作包括以下几个部分:
(1) 采用热蒸发方法制备出了 ZnO 和 ZnS 纳米带,在扫描电镜下观察发现
它们呈扁平带状,长度为几十到几百微米,宽度约为几百纳米,通过将纳米带沉
积在叉指电极上分别制备了基于 ZnO 和 ZnS 纳米带膜的真空压强传感器;采用
化学气相沉积法制备了 ZnO 纳米线阵列,它们在基底上垂直生长,直径统一、
高度一致,通过在阵列顶部制作电极得到了基于 ZnO 纳米线阵列的真空压强传
感器。
(2) 测试了基于 ZnO/ZnS 纳米带膜和基于 ZnO 纳米线阵列的真空压强传感
器在不同压强条件下的伏安特性。结果表明:这三类传感器的响应电流都随着压
强的减小而呈现出增大趋势,基于 ZnO 纳米线阵列的真空压强传感器的响应电
流比基于 ZnO/ZnS 带膜传感器的响应电流高三个数量级。利用伏安特性关系建
立了传感器的电阻与压强的关系,可以利用这个关系通过测量电阻变化来反映其
周围压强的变化。这三类传感器都具有宽的测量范围、高的灵敏度和低的功耗。
(3) 测试了当压强周期性变化时,基于 ZnO/ZnS 纳米带膜和基于 ZnO 纳米
线阵列的真空压强传感器的响应电流随时间的变化。结果表明:电流随压强的变
化而呈周期性变化,并且在压强迅速变化时,响应电流表现出一定的滞后性。
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