基于第一性原理的二維材料黑磷砷氣體傳感器的機理研究*

徐強 段康 謝浩 張秦蓉 梁本權 彭禎凱 李衛2)3)4)?

1) (南京郵電大學電子與光學工程學院、微電子學院, 江蘇省光通信工程技術研究中心, 南京 210023)

2) (華南理工大學, 發光材料與器件國家重點實驗室, 廣州 510641)

3) (東南大學, 毫米波國家重點實驗室, 南京 210096)

4) (南京大學物理學院, 固體微結構物理國家重點實驗室, 南京 210093)

1 引 言

空氣污染是現在人類需要共同面對的問題, 如何檢測以氮、硫化合物為代表的空氣污染物對于人類健康、農業生產、氣候有著重要意義[1].比如空氣中SO2濃度增加會引起酸雨, 對農業生產造成極大的影響[2]; 空氣中NO2濃度提升會造成慢性支氣管炎等呼吸道疾病[3].因此開發具有高靈敏度、高選擇性、低功耗的氣體傳感器十分必要.半導體氣體傳感器具有靈敏度高、成本低和便于集成等優點, 一直是研究的熱點方向.由于傳統的金屬氧化物半導體氣體傳感器靈敏度有限, 研究員便提出兩種方法加以改進.一是對現有材料進行化學修飾[4-6]; 二是采用一些新興的二維材料[7-9], 這兩者都可以顯著提高氣敏傳感器的靈敏度.

二維納米材料由于其較大的比表面積、高載流子遷移率和低功耗成為氣敏傳感器的理想材料.自從2004石墨烯發現以來[10], 研究員們就對二維材料的氣敏特性開展了廣泛研究, 發表了許多關于二維材料石墨烯或過渡金屬二硫化物(transition metal disulfides, TMDs)的氣體吸附性工作的文章[11-14].然而石墨烯固有的零帶隙的特性限制了它作為氣敏材料的響應靈敏度[15].過渡……