β-Ga2O3(010)表面对新型环保绝缘气体CF3SO2F的气敏响应特性

作者：韩蓉; 郭宇铮^*; 高克利; 周文俊; 郑宇

来源：高电压技术, 2023, 49(03): 990-999.

DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20220846

• CF3SO2F
• β-Ga2O3(010)表面
• 第一性原理
• 气敏传感器
• 氧空位缺陷
• 环境分子

CF3SO2F作为一种新型的环保绝缘气体，有望取代绝缘气体SF6。考虑到CF3SO2F的生物毒性，开发用于泄漏检测的高灵敏度传感器具有重要的工程意义。为此，基于第一性原理，计算分析了本征β-Ga2O3(010)表面对CF3SO2F的气敏响应特性以及氧空位缺陷对CF3SO2F在β-Ga2O3(010)表面吸附性质的影响。CF3SO2F吸附前后，本征β-Ga2O3(010)表面吸附体系的功函数发生了显著变化，且室温下的恢复时间短。此外，环境分子O2和CO2的存在并不影响本征β-Ga2O3(010)表面对CF3SO2F的选择性检测。因此，本征β-Ga2O3(010)表面可作为CF3SO2F潜在的场效应晶体管型气敏器件材料，且该器件具有较高的稳定性，良好的选择性，较高的灵敏度和可重复利用性。氧空位缺陷的引入使β-Ga2O3(010)表面吸附体系在环境分子O2和CO2存在的情况下无法对CF3SO2F气体进行选择性检测。因此，在β-Ga2O3(010)表面材料的合成过程中应尽可能避免氧空位缺陷的存在。论文从理论上证明了本征β-Ga2O3(010)表面可作为一种潜在的CF3SO2F场效应晶体管型气敏材料，对后续的实验制备气敏传感器具有指导作用。

• 单位
  自动化学院; 中国电力科学研究院有限公司; 武汉大学