基于In2S3修饰GaN薄膜的室温NO2传感器
DOI:
作者:
作者单位:

太原理工大学集成电路学院

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通讯作者:

中图分类号:

TP212

基金项目:

国家自然科学基金(No.52375572,62031022);地方科技发展项目中央指导基金(No.YDZJSX2024D020)


Room-temperature NO2 sensor based on In2S3-modified GaN films
Author:
Affiliation:

School of Integrated Circuit,Taiyuan University of Technology

Fund Project:

the National Natural Science Foundation of China (NO. 52375572, 62031022), the Central Guidance Fund for Local Scientific and Technological Development Projects (YDZJSX2024D020)

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    摘要:

    采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术制备了GaN薄膜外延片,并在此基础上通过水热法合成了硫化铟(In2S3)纳米结构,结合磁控溅射工艺成功构建了GaN/In2S3复合结构的室温NO2气体传感器。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的形貌、元素组成及化学态进行了系统表征。气敏性能测试结果表明,该传感器在室温(25℃)条件下,对体积分数为0.5×10-6~200×10-6范围内的NO2气体表现出优异的响应特性,理论检测下限可达11.34×10-9,对体积分数为10×10-6的NO2气体响应时间和恢复时间分别为98 s和49 s。此外,该传感器还展现出良好的选择性、重复性以及长期稳定性,在连续3周的测试中响应信号波动小于3.2%。机理分析表明,In2S3纳米花状结构与GaN的协同作用有效增强了气体吸附位点数量并提升了电子传输效率,通过表面化学吸附氧与NO2分子之间的氧化还原反应实现了高灵敏度检测。本研究为室温环境下痕量NO2气体的高效检测提供了一种新的技术方案。

    Abstract:

    This article prepared GaN thin-film epitaxial wafers using the metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) technique, and further modified In2S3 using hydrothermal method. Combined with magnetron sputtering technology, a room-temperature NO2 gas sensor based on GaN/In2S3 was constructed. Using techniques such as scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the morphology, elemental composition, and chemical state of the materials were characterized. Gas sensitivity tests indicate that the sensor exhibits excellent response performance to 0.5×10-6–200×10-6 of NO2 at room temperature (25°C), with a theoretical detection limit of 11.34×10-9. The response/recovery time for 10×10-6 NO2 is 98/49 s, and it demonstrates good selectivity, repeatability, and long-term stability (response fluctuation < 3.2% over 3 weeks). Mechanism studies indicate that the synergistic effect of the In2S3 nanoflower structure and GaN enhances gas adsorption sites and electron transport efficiency, achieving high sensitivity detection through the redox reaction of surface chemisorbed oxygen and NO2. This study provides a new technical approach for the efficient detection of trace NO2 at room temperature.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

郝欣瑶,韩丹,洪宇涛,贾正阳,成志涛.基于In2S3修饰GaN薄膜的室温NO2传感器[J].南京信息工程大学学报,,():

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  • 收稿日期:2025-06-04
  • 最后修改日期:2025-09-30
  • 录用日期:2025-10-09
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