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摘要
氧空位一直被认为是影响金属氧化物气体传感器性能的关键因素.但是由于通常只关注氧空位的浓度而忽视了氧空位价态的影响,使得氧空位对气体传感的影响机理一直缺乏详细的解释.本文利用后退火的方法研究了ZnO纳米薄膜NO2气体传感器中氧空位价态的影响.通过系统的分析多种实验、计算方法的结果,我们发现后退火处理可以使得ZnO中氧空位从中性向二价状态转化,并且氧空位的浓度对其气敏响应无直接的影响.而由于空气中氧气在ZnO表面的竞争吸附, ZnO表面的中性氧空位主要被氧气占据,而二价氧空位可以促进NO2的吸附.因此氧空位从中性向二价状态的转化可以使得ZnO对NO2的响应急剧增加,对100 ppm NO2的响应从733增加到3.34×104.利用这一机理,同时实现了ZnO纳米薄膜对ppb级别NO2气体的探测,其对25 ppb(0.025 ppm)NO2的响应达到了165%.
