超薄钛沉积石墨烯基传感器室温氨气响应性能研究

本征石墨烯气体传感器(Gr器件)对NH_3气体的室温响应非常微弱,为此本文采用电子束蒸镀方法在原器件沟道区域分别沉积3 nm、5 nm和10 nm的薄层金属Ti,形成三种Ti/Gr器件。实验发现Ti/Gr器件在黑暗条件下对NH3气体的室温响应灵敏度远高于Gr器件;而引入可见光照射使三种Ti/Gr器件的响应灵敏度进一步提高,同时恢复性也得到一定提升。其中,5 nm Ti/Gr器件获得最佳的性能提升,对通入3 min 400×10^-6 NH3的灵敏度达+17.9%,恢复时间为3 min。通过XPS分析,发现不同Ti/Gr器件沟道处所沉积的薄层Ti发生不同程度的氧化,生成包含不同价态成份的钛氧化物,导致特定Ti层厚度的Ti/Gr器件具有最佳性能。

石墨烯/铜异质结室温气体传感器性能研究

为了改善石墨烯室温气体传感器响应低、恢复性差等缺点,本文设计了一种石墨烯基气体传感器,其具有石墨烯叉指电极以及中央铜薄层沉积区结构。通过XPS分析发现,由于存在不同程度的自然氧化,铜薄层存在Cu;、Cu;、Cu;及Cu;四种价态成分;且随着沉积厚度的变化,四种价态成分所占比例也发生变化。实验发现铜薄层沉积厚度为8nm对应的器件性能最佳,对5×10^(-6)和0.3×10^(-6)NO_(2)的室温响应分别为-30.9%和-8.1%,对105×10^(-6)和10×10^(-6)NH;的响应分别为+29.1%和+5.9%,且具有较好的恢复性能。本文基于密度泛函理论计算了本征石墨烯、修饰有铜及铜氧化物的石墨烯表面对NO_(2)和NH;吸附的微观参量,并讨论了器件的响应机制。