【器件论文】用于紫外辅助可恢复型 NO₂ 气体传感器的钴酞菁/氧化铟镓锌异质结纳米薄膜

        由泰国国立法政大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Nano Materials 发布了一篇名为 Nanometer-Thick Films of Cobalt Phthalocyanine/Indium–Gallium–Zinc Oxide Heterojunctions for Ultraviolet-Assisted Recoverable NO₂ Gas Sensors（用于紫外辅助可恢复型 NO₂ 气体传感器的钴酞菁/氧化铟镓锌异质结纳米薄膜）的文章。

摘要

        二氧化氮（NO₂）是空气污染的主要来源，据报道会引发严重呼吸系统疾病和肺癌。因此，高精度且可靠的气体传感器对于有效监测和管理人类对 NO₂ 的暴露至关重要。本文展示了在室温下于紫外线（UV）光照射下工作的高度敏感且对 NO₂ 具有选择性的气体传感器。该气体传感器基于 p–n 异质结结构，通过垂直堆叠纳米级厚度的 p 型钴酞菁（CoPc）层于溶液加工的 n 型铟镓锌氧化物（IGZO）薄膜上制备而成。上层 CoPc 与气体分子直接相互作用，导致 CoPc/IGZO 界面处的电荷分布和耗尽区发生变化。这种相互作用对传感器的传感性能有显著贡献。在紫外线激活下，CoPc/IGZO 传感器对 NO₂ 气体表现出高灵敏度，具有快速响应和完全恢复行为。在优化紫外线强度为 20 mW/cm² 时，传感器在暴露于 5 ppm NO₂ 气体时实现了 66.52% 的高传感响应，检测限低至 150 ppb。此外，传感器在高温和高湿度条件下表现出长期稳定性和坚固性。此外，观察到对 NO₂ 气体的高选择性，这归因于 CoPc 与 NO₂ 气体分子之间的强相互作用，通过密度泛函理论进行了研究。NO₂ 分子对电子的抽取作用导致 CoPc/IGZO 界面处的耗尽区缩小，从而使传感电流减小。相反，氨和硫化氢对电子的捐赠作用使耗尽区变窄，导致导电通道增大并使电流增加。这些结果表明，CoPc/IGZO 传感器是环境应用中 NO₂ 检测的有力平台。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsanm.5c01989