[发明专利]界面应力调控/增强自驱动柔性气体传感器灵敏度的方法

说明书

一种界面应力调控/增强自驱动柔性气体传感器灵敏度的方法，涉及压电效应、光电效应、半导体特性、导电聚合物材料领域。所述自驱动柔性气体传感器包括自下而上依次设置的柔性基底、下电极、p型窄带隙半导体层、气敏层和上电极，通过弯曲使自驱动柔性气体传感器产生形变，进而调控气体传感器的灵敏度。本发明自驱动柔性气体传感器制备工艺简单，用于调控增强传感器灵敏度的形变条件易于实现，能够进一步拓展气体传感器在自然环境中高效利用太阳能转换成光电流以持续自主地检测目标气体。

技术领域

本发明涉及压电效应、光电效应、半导体特性、导电聚合物材料领域，具体涉及一种界面应力调控/增强自驱动柔性气体传感器灵敏度的方法。

背景技术

随着社会需求和工业活动的增长，近年来空气污染的情况迅速加剧。其中，二氧化氮(NO₂)是汽车排放和工业生产过程中产生的无色、易燃、有害气体，是酸雨和臭氧层空洞形成的主要因素之一，对环境危害严重。此外，NO₂还可以导致许多肺部疾病甚至死亡。世界卫生组织报告，一小时内NO₂气体的空气质量指数适当为106ppb，超过这一数值将导致严重的健康问题。因此，有必要制作高灵敏度的传感器来检测低浓度的NO₂气体。为了实现这一目的，在过去的几十年中，基于金属氧化物半导体(MOS)的气体传感器，如GaN、In₂O₃、SnO₂和Fe₂O₃等，由于其体积小、易于集成、成本低等显著优点，成为了学者们研究的热点。

现代社会中，越来越多的学者为了获得最佳的性能，均采用外加偏置电源的方法在复合材料的异质结中产生偏置电场，以阻止光生电子-空穴对的快速复合。到目前为止，研究者开始注意到压电-光电效应是由压电半导体异质结构中的压电效应、半导体特性和光激发组成的三重耦合效应，压电-光电效应的关键是在界面处使用应变产生的压电电荷来调节异质结上载流子的产生/分离和输运以及复合过程，但对于压电-光电效应用于调节气敏性能的研究还未见报道。本发明的界面应力调控/增强自驱动柔性气体传感器灵敏度的方法，由于其输出信号可调谐、无需外加偏压电源、制造工艺简单和成本低等优点，在传感技术中具有巨大的潜力。

发明内容

为了解决目前气体传感器中的灵敏度调控问题，本发明提出了一种界面应力调控/增强自驱动柔性气体传感器灵敏度的方法，实现了压电效应、光伏效应和半导体特性共同作用于气敏感应，对该传感器输出信号灵敏度的调控/增强不需要外加驱动电源。

本发明采用的技术方案如下：

一种界面应力调控/增强自驱动柔性气体传感器灵敏度的方法，其特征在于，所述自驱动柔性气体传感器包括自下而上依次设置的柔性基底、下电极、p型窄带隙半导体层、气敏层和上电极，通过弯曲使自驱动柔性气体传感器产生形变，进而调控气体传感器的灵敏度。

进一步的，当自驱动柔性气体传感器向上弯曲时，如图2(a)所示，有效增强了自驱动柔性气体传感器探测氧化性气体的灵敏度；

当自驱动柔性气体传感器向下弯曲时，如图2(b)所示，有效增强了自驱动柔性气体传感器探测还原性气体的灵敏度。

进一步的，所述气敏层材料为GaN亚微米棒、ZnO纳米棒等，厚度为300-500nm；无需进行高浓度掺杂和贵金属修饰，有效降低了制备成本，简化了工艺。

进一步的，所述p型窄带隙半导体层的材料为p型掺杂的Si、聚-3已基噻吩(P3HT)、Cu₂O、PbS等，厚度为150～350nm。

进一步的，所述下电极为金电极等。

进一步的，所述上电极为柔性ITO等。