气体传感器能够有效检测浓度低于人类嗅觉极限的有毒有害及易燃易爆等气体, 在****、环境安全、医疗诊断等领域具有重大的研究意义。其中电阻式气体传感器因其成本低廉, 普遍适用于民用气体检测而受到广泛应用。气敏材料是气体传感器的核心, 设计合成合适的气敏材料对发展高性能气体传感器至关重要。本文在简单介绍气体传感器、电阻式气体传感器以及电阻式气体传感器常用的几种传感材料的基础上, 聚焦于n型半导体SnS2气敏材料, 归纳了该材料的结构与性质, 重点阐述了提升SnS2气敏材料传感性能的方法, 包括空位工程、热激活工程、光激活工程和异质结工程, 并对SnS2气敏材料的研究趋势进行了展望。

二维金属硫化物材料具有较低的电子噪声以及极大的比表面积, 使其非常适合用作气敏材料, 因此寻求高效可控的方法制备二维金属硫化物材料是目前的研究热点。本研究使用高温化学浴法制备了不同形貌的高结晶二维六方SnS₂纳米片。采用不同手段对制备的SnS₂纳米片进行表征, 并进一步研究了SnS₂纳米片的气敏性能。结果显示: 油酸、油胺用量(体积)相同时, 产物SnS₂的形貌是均一的六角形纳米片, 其直径约150 nm, 厚度约4~6 nm。气敏测试表明该SnS₂纳米片对NO₂气体具有良好响应, 且响应过程可逆, 选择性好。其最佳工作温度为130 ℃, 响应和恢复时间分别为98和680 s。

采用射频磁控溅射法溅射SnS2 靶, 在玻璃基片上以不同射频功率和氩气压强制备一系列薄膜样品, 研究了不同工艺条件对薄膜特性的影响。利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)对薄膜样品的晶体结构和物相进行表征分析。利用X射线能量色散谱(EDS)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)对SnS2薄膜的化学组分、光学特性等进行测试, 计算或分析了SnS2薄膜样品的组分原子比、光学常数和光学带隙。结果表明: 制备SnS2薄膜的最佳工艺条件为射频功率60 W、氩气压强0.5 Pa。在该条件下, 所制备的SnS2薄膜沿(001)晶面择优取向生长, 可见光透过率和折射率较高, 消光系数较小, 直接带隙为2.81 eV。在此基础上, 进一步制备了n-SnS2/p-Si异质结器件。器件具有良好的整流特性及弱光伏特性, 反向光电流随光照强度的增加而增大。器件的光电导机制是由SnS2禁带中陷阱中心的指数分布所控制。