我院半导体气体传感器研究成果在Nano-Micro Letters上发表

作者: 时间:2020-07-06 点击数:

今年五月,光學與電子信息學院劉歡教授課題組題爲“MoS2 Nanosheets Sensitized with Quantum Dots for Room?Temperature Gas Sensors”的論文在Nano-Micro Letters2019年影響因子12.264)發表,並當選該雜志第五期封面。光學與電子信息學院2016級博士研究生劉競堯爲論文的第一作者,劉歡教授爲論文的通訊作者。

 

傳感器是支撐新一代物聯網和人工智能技術發展所必需的基礎器件。利用氣體傳感器及其儀器儀表可實現易燃易爆、有毒有害氣體的現場快速檢測與實時監測,在工業生産、環境保護、公共安全等衆多領域發揮著重要作用。半導體氣體傳感器具有靈敏度高和檢測對象廣的優勢,利用各類低維半導體材料及其複合結構降低傳感器工作溫度是近年來的研究重點。

MoS2爲代表的二維層狀半導體具有優異的電學特性和光電性能,是新型納米電子與光電子器件研究領域的熱點材料,在室溫氣體傳感領域也得到一定關注。針對MoS2半導體材料邊緣活性位點數量有限的問題,劉歡教授課題組提出利用零維半導體量子點(表面富有大量懸挂鍵以提供氣體吸附活性位點)對二維層狀半導體氣體傳感器進行增敏的策略。采用低溫溶液法構建出PbS量子點/MoS2納米片低維半導體複合結構,在室溫空氣條件下旋塗成膜制備出NO2氣體傳感器,具有室溫靈敏度高、響應恢複速度快、選擇性良好的特點。


PbS量子點/MoS2納米片複合結構形貌

PbS量子點/MoS2納米片傳感機理及氣敏性能

研究結果表明,PbS量子點/MoS2纳米片复合结构有效结合了量子點活性位点丰富和MoS2遷移率相對較高的特點,實現了氣體吸附活性與載流子輸運特性的協同提升,室溫氣敏效應顯著。同時,傳感器制備方法及工藝條件溫和,利于在實際器件中充分發揮出低維複合半導體結構比表面積大的優勢,從而提高室溫氣敏性能。研究工作展現出硫化物半導體及其低維複合結構應用于發展新型半導體氣體傳感器的潛力。

研究工作得到国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、國際合作与交流项目以及华中科技大学學術前沿青年团队项目的支持。刘欢教授课题组以解决半导体气体传感器的“高温”弊端、突破功耗与集成瓶颈为目标,围绕“气敏效应产生与调控”科学问题,选择胶体量子點为主攻方向,利用胶体量子點独特的表面效应、尺寸效应与可溶液加工特性,构建出基于胶体量子點气敏效应的新型传感器,拓展了低功耗半导体气体传感器研究体系与技术途径,致力于实现高灵敏度、高可靠性智能气体传感器芯片与片上人工嗅觉系统。目前正与德国图宾根大学Nicolae Barsan研究组合作,采用多種原位分析方法进行联用分析,从分子、原子和电子层面揭示硫化物量子點的气体分子感知与导电机理,推进半导体气体传感器技术的理论研究与应用开发。

論文信息:Jingyao Liu, Zhixiang Hu, Yuzhu Zhang, Hua-Yao Li, Naibo Gao, Zhilai Tian, Licheng Zhou, Baohui Zhang, Jiang Tang, Jianbing Zhang, Fei Yi, Huan Liu*. Nano-Micro Lett. 12, 59 (2020). https://doi.org/10.1007/s40820-020-0394-6

論文鏈接:https://doi.org/10.1007/s40820-020-0394-6

Nano-Micro Letters是上海交通大學主辦、上海交通大學出版社有限公司出版、Springer Nature合作出版的開放獲取(Open Access)英文學術期刊,报道与纳米/微米尺度相關的高水平研究成果、綜述、評論及展望等類型的文章,旨在推動納米/微米科技的創新發展。2019JCR影響因子爲12.264,在物理、材料、納米三個領域均居Q1區(前15%),影響因子在中國大陸地區253SCI期刊中排名第六。


华中科技大学  光学与电子信息学院  联系电话:027-87558726  邮编:430074 地址:中国?湖北省武汉市珞喻路1037号 华中科技大学东校区新光电信息大楼C6