SnO2/ZnS异质结气体传感器的制备及其室温NO2敏感特性*董逸蒙孙永娇†侯煜晨王炳亮陆志远张文栋胡杰‡(太原理工大学电子信息与光学工程学院,太原030600)(2023年5月6日收到;2023年6月13日收到修改稿)采用水热法一步合成二维(2D)纳米片组成的SnS2/ZnS微花结构,在空气气氛中煅烧获得不同组分的微花复合结构,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和气敏特性分析仪,研究了煅烧温度对微花结构组分和气敏性能的影响.结果表明:450℃煅烧得到的SnO2/ZnS(SZ-450)微花结构的室温NO2气敏性能优于其他煅烧温度得到的微花结构,其室温下对体积分数为10–4NO2的响应值可达27.55,响应/恢复时间为53s/79s,理论检测下限低至2.1×10–7(体积分数),并具有良好的选择性、重复性和稳定性.分析认为SZ-450元件优异的室温气敏特性与SnO2和ZnS之间的异质结有关,本文可为室温NO2气体传感器提供敏感材料,推动其研发及应用进程.关键词：SnO2/ZnS,气体传感器,NO2检测,室温PACS：07.07.DfDOI:10.7498/aps.72.202307351引言二氧化氮(NO2)是一种有毒的、具有刺激性气味的气体,广泛存在于日常生活中,如汽车尾气和锅炉废气等.作为对流层重要的痕量气体,不仅是目前最主要的大气污染物之一,还是引起臭氧空洞和光化学烟雾等环境问题的前体物[1].另外,少量吸入NO2便会刺激人体的呼吸道,引发炎症和肺水肿,持续吸入甚至可能导致癌变,对人类健康造成损害[2,3].因此,无论是从环境保护还是人体健康的角度出发,高效检测NO2都十分必要.半导体金属氧化物气体传感器由于操作简单、体积小、性能优、成本低等优势,常用于NO2气体的检测[4].其中SnO2是一种宽带隙n型半导体,对很多有毒有害气体具有很好的响应特性,已被广泛应用于气体传感领域[5].然而,SnO2气体传感器由于固有导电性差,工作温度高、选择性差,存在高功耗和潜在爆炸风险,限制了其在室温环境中的应用[6,7].近年来研究表明,类似于石墨烯的层状过渡金属硫化物(TMDs)材料具有较大的比表面积、极低的电子噪声以及良好的电子传输特性等优点,因此适合用作室温气体传感器的改性材料[8].将SnO2和金属硫化物进行复合,形成n-n异质结构,或许可以弥补SnO2气敏材料功耗高等缺点,改善室温条件下对NO2的检测性能[8,9].SnS2(带隙为2.18—2.44eV)由于二维平面结构,高比表和低电子噪声等特点,成为气体传感器的潜在敏感材料[10].SnS2与SnO2形成的n-n异质结构可实现NO2的低工作温度检测[11,12].ZnS作为一种宽带隙(3.7e...
