Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất nhạy khí của vật liệu ZnO Nanowires

-1Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu ZnO nanowires LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, tơi nhận giúp đỡ quý báu tạo điều kiện vật chất tinh thần thầy hướng dẫn TS Nguyễn Văn Hiếu Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến thầy tận tình hướng dẫn tơi nghiên cứu khoa học thời gian qua Tôi xin cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu cảm biến khí, thầy cơ, cán nghiên cứu viện ITIMS tạo điều kiện hỗ trợ thời gian thực luận văn Tôi xin cảm ơn thành viên tập thể lớp VLCR K11 2007-2009 động viên giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu vừa qua Cuối xin gửi lời cảm ơn đến thành viên gia đình tơi, người ln hỗ trợ tơi q trình phấn đấu học tập công tác Hà nội, ngày tháng năm 2009 Tỏc gi lun Nguyễn Thị Lan Phơng Chng 3: Kết thảo luận CHƯƠNG Tæng quan vỊ vËt liƯu nh¹y khÝ cã cÊu tróc nano 1.1 OXIT KIM LOẠI BÁN DẪN 1.1.1 Giới thiệu Ngày môi trường sống ngày bị ô nhiễm cách nặng nề loại khí thải cơng nghiệp làm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người, loại khí độc khí cháy ngày gia tăng Số vụ cháy nổ bình ga gia đình vụ rò rỉ khí độc hầm mỏ ngày nhiều gây thiệt hại người kinh tế Nhằm bảo vệ người môi trường từ năm 1950 nhà nghiên cứu tìm thiết bị có khả phát loại khí độc, khí cháy Đó cảm biến phân tích thành phần khí hay gọi tắt cảm biến khí Trong nửa kỷ qua nhiều nghiên cứu triển khai ứng dụng cảm biến khí tiến hành sở họ vật liệu oxit kim loại bán dẫn Cảm biến sở oxit kim loại ZnO, SnO2, TiO2, In2O3, WO3… gọi tên chung cảm biến oxit kim loại bán dẫn (Semiconductor Metal Oxide – SMO) Trong loại cảm biến khí, cảm biến sử dụng vật liệu oxit kim loại bán dẫn loại cảm biến có khả phát nhiều loại khí khác nhau, chế tạo nhiều dạng cấu hình cảm biến khác dạng khối, dạng màng dày, màng mỏng…Cấu tạo cảm biến thường có hai dạng dạng khối dạng màng Dạng khối có nhiều hạn chế q trình ứng dụng kích thước lớn, tiêu tốn nhiều lượng, tính chất nhạy khí Hiện nay, cảm biến khí phần lớn chế tạo dạng màng mỏng điện cực lược, cấu tạo cảm biến dạng màng mỏng gồm (hình 1.1): - Đế thường cấu trúc Si/SiO2 Al2O3, - Lò vi nhiệt, điện cực lược - Lớp vật liệu nhạy khí phủ điện cực lược Kích thước cảm biến cỡ cm, bề rộng điện cực khe cỡ hàng chục μm Mặt trước Mặt sau Hình 1.1: Cấu trúc cảm biến khí sở vật liệu oxit kim loại bán dẫn: đế Si/SiO2 (1); điện cực lược (2); màng vật liệu (3); lò vi nhiệt (4) Nguyên lý hoạt động chung cảm biến khí dựa vật liệu oxit kim loại bán dẫn phản ứng oxy hóa bề mặt với loại khí mơi trường làm thay đổi mật độ ion oxy hấp phụ bề mặt dẫn tới thay dổi độ dẫn lớp cảm biến Tính chất nhạy khí cảm biến phụ thuộc vào chất loại oxit kim loại bán dẫn Phần trình bày số oxit kim loại bán dẫn tiêu biểu tính chất nhạy khí, thành tựu hướng phát triển loại vật liệu tương lai 1.1.2 Một số oxit tiêu biểu 1.1.2.1 Oxit Titan (TiO2) TiO2 trơ với loại khí nhiệt độ phòng Vật liệu thể tính nhạy khí nhiệt độ cao, TiO2 dạng pha rutile Pha rutile TiO2 có tính ổn định nhiệt cao (trên 800 C) thích hợp làm việc mơi trường có nhiệt độ cao động nổ Ứng dụng nhạy khí vật liệu dựa sai hỏng bề mặt Các sai hỏng này, chủ yếu vị trí khuyết ion − O tạo nên thay đổi cấu trúc điện tử vật liệu Cơ chế nhạy khí TiO2 dựa tượng hấp phụ hóa học phân tử khí O2 bề mặt vật liệu Các khí oxy hóa lấy điện tử oxit tiếp xúc với bề mặt, kết tạo vùng nghèo điện tử gần bề mặt làm thay đổi độ dẫn (điện trở) bề mặt Vật liệu TiO2 có giá thành sản xuất rẻ, cấu trúc pha ổn định, khả nhạy tốt với khí O2 có hệ số giãn nở nhiệt tương đương với đế Al2O3, tương đối trơ mặt hóa học nhiệt độ thấp Những ưu điểm vật liệu TiO2 giúp linh kiện cảm biến khí dựa oxit dễ ứng dụng công nghệ mạch lai, vi mạch Với tương thích cơng nghệ cho phép chế tạo thiết bị nhỏ gọn, tiết kiệm lượng Trong bảng 1.1 tổng kết số kết nghiên cứu TiO2 gần giới Bảng 1.1 Một số kết nghiên cứu TiO2 Nhiệt Khí nhạy độ làm Thời gian Giới hạn đo hồi việc( C) TiO2 O2 200-800 450 9% < phút O2 2,1% Ethanol 400-2000 200-400 liệu tham khảo [1] Màng mỏng [2] Màng mỏng 100-500 ppm ~ phút cấu trúc nano 400-2000 Propanol biến Tài [3] ppm Methanol Cảm - 9% H2 CO2 0-100% đáp Cấu trúc ppm TiO2 (Pt/Nb) Methanol 300-500 500-1250 20-300 s Màng mỏng [4] ppm Ethanol cấu trúc nano TiO2/WO3 Màng mỏng NO2 350-800 1-20 ppm 1-2 phút cấu trúc [5] nano TiO2/MoO3 Ethanol 200-300 100-600 ppm 30-120 s Màng mỏng [6] 1.1.2.2 Oxit Indi (In2O3) Trong cấu trúc In2O3 có cấu trúc lập phương tâm khối (a = 10,12Å) có khả nhạy khí nghiên cứu rộng rãi In2O3 có tính bán dẫn loại n, vật liệu bán dẫn vùng cấm thẳng với độ rộng vùng cấm Eg = 3,75 eV Năm 1987, Takada lần công bố kết nghiên cứu vật liệu In2O3 tinh khiết cho thấy tính chất nhạy khí tốt với O3 nhiệt độ thấp cấu trúc cảm biến đo trở kháng [7] Các nghiên cứu cho thấy vật liệu có độ chọn lọc cao, thể khả nhạy khác với nhiều loại khí từ CO đến H2 Cảm biến nhạy C2H5OH sở dây nano In2O3 Chu cộng tiến hành tổng hợp khảo sát cho thấy độ dẫn (điện trở) tăng (giảm) vật liệu hấp phụ C2H5OH [8] Các nghiên cứu khả nhạy khí dây nano In2O3 với NH3 NO2 cho kết tốt, đặc biệt với NO2, vật liệu phát với nồng độ nhỏ khoảng ppb nhiệt độ phòng với đặc trưng nhạy khí (hình 1.2) Đ ộ nh ạy ( ∆ Thời gian (s) Hình 1.2 Đặc trưng độ nhạy với NO2 vật liệu dây nano In2O3 1.1.2.3 Oxit Thiếc (SnO2) Trong tất loại vật liệu nhạy khí oxit kim loại bán dẫn, oxit thiếc vật liệu nghiên cứu ứng dụng nhiều Oxit Sn có hai mức oxy hóa SnO SnO2 SnO2 ý nhiều tính ổn định nhiệt độ SnO2 bán dẫn loại n với độ rộng vùng cấm Eg = 3,6 eV Các báo cáo cho thấy SnO2 có khả nhạy với nhiều loại khí khác Nhưng điều hạn chế tính chọn lọc vật liệu này.Trong thời gian qua, nghiên cứu dây nano SnO2 v dạng cấu trúc khác cho thấy vật liệu có khả nhạy khí với O2, NOx, CO, H2, NH3,… N n g đ ộ C O D ò n g ện Thời gian (s) Hình1.3 Đặc trưng nhạy khí dây nano SnO2 với CO[9] 1.1.2.2.Oxit Kẽm ( ZnO) Oxit Kẽm bán dẫn loại n vùng cấm rộng (Eg = 3,4 eV), thuộc họ hợp II VI chất A B có cấu trúc wurtzite khơng đối xứng Tính chất bán dẫn loại n sai hỏng địa phương gây vị trí khuyết Oxy Kẽm (Zn) mạng Oxit Kẽm, đặc biệt ZnO, vật liệu nhạy khí ứng dụng phổ biến sau oxit Thiếc (SnO2) Sai hỏng điểm bề mặt ZnO có vai trò quan trọng tạo nên tính nhạy khí vật liệu Khi vật liệu hấp phụ khí gây tượng dịch chuyển điện tích bề mặt hạt làm uốn cong mức lượng tương tự tiếp xúc kim loại bán dẫn, thay đổi tính chất điện màng vật liệu Oxit Kẽm tinh khiết có khả nhạy với khí O2, O3, H2, CO hợp chất hữu khác Tuy nhiên ZnO thể tính nhạy khí khử H2, CH4 CO tốt Nhược điểm vật liệu tính ổn định, tính chọn lọc bị hấp phụ nước gây ảnh hưởng đến tính xác cảm biến làm việc nhiệt độ thấp Trong bảng 1.2 so sánh khả nhạy khí ZnO với oxit khác Hình đồ thị so sánh thực tế ứng dụng cảm biến khí số oxit kim loại bán dẫn Bảng 1.2: Khả nhạy khí ZnO so với số oxit khác [10] Khí nhạy Vật liệu TiO2 X Butane Ethanol X X X X X X X X X X X X NOx X X O2 X X O3 Propanol X X X Khí hóa lỏng X SnO2 X X Độ ẩm Hydro In2O3 X Acetone Ammonia ZnO X X X X X X X X X X X Để cải thiện vấn đề nghiên cứu tập trung pha tạp tổng hợp cấu trúc ZnO có tính ổn định cao Cùng với bước tiến công nghệ nano thời gian qua, ZnO có bước tiến đáng kể Các cơng trình tổng hợp thành cơng oxit Kẽm có cấu trúc nano dạng dây, băng, thanh… Khảo sát tính nhạy khí loại vật liệu cho thấy khả nhạy khí cải thiện đáng kể Nhìn chung, với thành tựu nghiên cứu hứa hẹn nhiều tiềm ứng dụng thương mại hóa cảm biến khí sở oxit kim loại bán dẫn Trong đóng góp ZnO quan trọng khả nhạy khí đa Hình 3.15 Độ hồi đáp cảm biến với tín hiệu quang nhiệt độ khác Như biết ZnO sau tổng hợp bán dẫn loại n, nguyên nhân nút khuyết bên gây ra, chẳng hạn nút khuyết oxy Các nút khuyết bề mặt đóng vai trò tâm bắt điện tử Việc hấp thụ phân tử khí, oxy nước, bề mặt nanowires bắt điện tử tự nanowires, có nghĩa (hấp thụ) (hấp thụ) Như vậy, chất hấp thụ đóng vai trò acceptors bắt điện tử bề mặt làm giảm nồng độ hạt tải, kết tạo thành vùng điện tích khơng gian (vùng nghèo) uốn cong dải lượng bề mặt, mô tả (hình 3.16) Hình 3.16 (a) sơ đồ mơ tả vùng điện tích khơng gian bề mặt (b) giản đồ vùng lượng bề mặt ZnO, qVB mức lượng chênh lệch tượng uốn cong dải lượng, EC lượng vùng dẫn, EF mức Fermi, EV lượng vùng hóa trị (c) mơ hình mơ linh kiện, nghĩa hai diodes đấu đối thông qua ZnO nanorods [20] Các trạng thái bề mặt gây mức lượng vùng cấm, ảnh hưởng rõ rệt đến rào tiếp xúc kim loại bán dẫn [21] Trong linh kiện chúng ta, điện tử phải vượt qua rào Schottky tạo chuyển tiếp ZnO Au (cơng ZnO: 4.3 eV; Au: 5.22 eV) Khảo sát đặc trưng I-V linh kiện nhiệt độ phòng cho ta kết (hình 3.17) dark (a) 15 light dark (b) 10 I ( I (m A) µ -5 -1 -2 -10 -3 -15 -4 -6 -4 -2 -6 -4 -2 V (volt) V (volt) Hình 3.17 đặc trưng I-V linh kiện nhiệt độ phòng (a) đặc trưng I-V đo bóng tối (b) đặc trưng I-V có ánh sáng chiếu vào Đặc trưng I-V linh kiện đo bóng tối nhiệt độ phòng có dạng khơng tuyến tính chứng tỏ chuyển tiếp nanosrod ZnO điện cực Au không Ohmic, tác dụng ánh sáng làm phát sinh điện tử - lỗ trống vùng chuyển tiếp đồng thời làm chuyển dời điện tử từ mức lượng thấp (các mức sai hỏng mạng nút khuyết oxy gây nên – xem (hình 3.17a) lên vùng dẫn nanorods làm cho trở nên dẫn điện tốt hơn, đặc trưng I-V có dạng tuyến tính (hình 3.17b) ZnO nanorods hấp thụ lượng photon sinh hạt tải không cân bằng, làm tăng mật độ hạt tải kết làm giảm bề rộng vùng điện tích khơng gian Việc tăng cường mật độ hạt tải tự do, rút ngắn vùng điện tích khơng gian giảm tiếp xúc, đồng thời đóng góp vào dòng quang điện 3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH NHẠY KHÍ Các đặc trưng cảm biến khí suy từ việc khảo sát tính chất điện màng vật liệu Để khảo sát tính chất điện màng dây nano SnO2 ta tiến hành khảo sát thay đổi điện trở màng theo thời gian ứng với nhiệt độ nồng độ khí khác Việc đo đạc thực thu kết sau: 3.3.1 Sự phụ thuộc điện trở màng vào nhiệt độ Trước đo đặc trưng nhạy khí tiến hành khảo sát phụ thuộc điện trở màng vào nhiệt độ, màng chế tạo hai phương pháp khác cho kết phụ thuộc (hình 3.18) 600 Sgr Sdr 500 400 §i Ư n 300 tr ë 200 ( 100 0 50 100 150 200 250 300 350 NhiƯt ®é ( C) Hình 3.18 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở màng Kết cho thấy điện trở màng giảm nhiệt độ tăng Quy luật điện trở giảm theo nhiệt độ tính chất quan trọng vật liệu bán dẫn nói chung Bên cạnh tính chất hấp phụ khí ngồi mơi trường làm dẫn đến giá trị điện trở ban đầu màng cao, nhiệt độ tăng bề mặt màng diễn giải hấp phụ khí trước Sự giải hấp phụ làm giảm bề rộng vùng nghèo sợi nano, làm tăng độ dẫn sợi đóng góp vào giảm điện trở theo nhiệt độ thấy Ngoài ra, ta thấy điện trở màng chế tạo phương pháp nhỏ giọt có điện trở nhỏ so với màng chế tạo phương pháp mọc trực tiếp Do trình mọc trực tiếp tồn dạng vơ định hình khác bề mặt điện cực, dạng cấu trúc làm tăng điện trở chung màng 0 Trong khoảng nhiệt độ từ 250 C đến 350 C, điện trở màng có giá trị từ vài MΩ đến vài chục MΩ, dải giá trị thích hợp giúp giảm thiểu ảnh hưởng tín hiệu nhiễu phép đo đặc trưng nhạy khí 3.3.2 Độ nhạy Độ nhạy cảm biến định nghĩa tỷ số điện trở cảm biến khơng khí (Ra) với điện trở cảm biến khí NH3 (Rg), S = Ra/Rg Cả điện trở độ nhạy cảm biến bảng (Hình 3.19) độ hồi đáp cảm biến theo thời gian với nồng độ NH3, LPG khác o đo 300 C 80M 40M LPG NH 70M 35M 60M 30M 50M 25M 40M §i Ư 30M n tr ë 20M §i Ư 15M n tr 10M ë 10M 5M 00 C 2H5OH C HO LPG 20M 100 200 300 Thêi gian (s) 400 500 600 00 200 400 Thêi gian (s) 600 Hình 3.19(a) Màng tạo phương pháp (b) Màng tạo phương pháp phủ, 0 mọc trực tiếp, khảo sát nhiệt độ 300 C khảo sát nhiệt độ 280 C với 200 ppm với 200 ppm khí loại khí loại Hình 3.19 Đặc trưng nhạy khí màng cảm biến Theo kết ta thấy, khí thử, màng cảm biến thể giảm điện trở màng Như biết khí thử NH3, LPG khí khử điển hình có khả cho điện tử Với màng nhạy khí ZnO có tính bán dẫn loại n, kết phù hợp với giải thích trước đặc trưng nhạy khí khử bán dẫn loại n Tuy nhiên, tùy tính chất riêng loại khí cảm biến thể thay đổi điện trở khác Để đảm bảo tính ổn định phép đo điều kiện nhiệt độ với loại khí thử, tiến hành phép đo liên tục với nồng độ khí khác Dưới đặc trưng nhạy khí đo theo phương pháp liên tục (hình 3.15a 3.15b) cảm biến chế tạo phương pháp phủ nanowires ZnO với khí NH3 với khí LPG B 7000000 6500000 6000000 5500000 Y A xi s Tit 5000000 4500000 4000000 3500000 3000000 2500000 100 200 300 400 500 X A x is T itle Hình 3.20 Đặc trưng nhạy khí m àng ZnO Bảng 3.1 Điện tr độ nhạy nồng độ khác C (ppm) 500 1000 1500 2000 R (kΩ) 2.8 3.2 3.5 Độ nhạy 1,5 1,8 2,5 B 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 200 400 600 800 1000 1200 1400 Hình 3.21 Đặc trưng nhạy khí màng ZnO nanowires với NH3 C (ppm) 100 150 200 250 500 R (MΩ) 3.4 3.2 2.7 Độ nhạy 1.4 1.8 2.5 3.5 Đặc tính nhạy khí cảm biến thường giải thích chế nhạy biên hạt nhạy bề mặt Với chế nhạy biên hạt, độ nhạy thường thấp, lượng nhỏ hạt nằm bề mặt màng gây nên thay đổi điện trở; trường hợp nhạy bề mặt, độ nhạy cao tỷ lệ diện tích bề mặt thể tích lớn điện trở lớn Điện tử di chuyển từ nanowires sang nanowires hiệu ứng tunnel, hiệu ứng giảm theo hàm mũ với tăng tỷ lệ độ dày chiều cao rào [3] Phần lớn cảm biến khí dựa vật liệu oxít kim loại bán dẫn làm việc chế thay đổi điện trở lớp vật liệu nhạy khí xảy từ phản ứng hóa học bề mặt hoạt hóa phân tử khí Mép vùng dẫn ZnO có lượng thấp mức chân khơng khoảng 4.3 eV, cao hóa O2 (khoảng 5.7 eV mức chân khơng) Khi ZnO tiếp xúc với khơng khí, O2 hấp thụ lên bề mặt tạo thành bề mặt hoạt tính Oxy hấp thụ bề mặt đóng vai trò làm phần tử nhận điện tử tạo thành vùng nghèo hạt tải bề mặt, hình (3.22a) Bề rộng vùng nghèo nhạy với mơi trường khơng khí Khi tiếp xúc với khí NH3, phản ứng hóa học phân tử NH3 với ion oxy bề mặt làm giải phóng điện tử, kết làm giảm bề rộng vùng nghèo, (hình 3.22b) Giản đồ vùng lượng trình hấp thụ giải phóng oxy tương ứng (hình 3.22c& d) [3] Hình 3.22 (a) O2 hấp thụ bắt điện tử tự làm tăng bề rộng vùng nghèo (b) Phản ứng hóa học làm giải phóng điện tử trả lại cho vùng dẫn làm giảm bề rộng vùng nghèo (c) & (d) giản đồ lượng (a) & (b) tương ứng Cơ chế nhạy bề mặt nhạy biên hạt tương ứng mô tả (hình 3.22a &b) Cơ chế nhạy bề mặt dùng cho cảm biến dựa cấu trúc nano tinh thể/nanowires/naorod chế nhạy biên hạt dùng để giải thích cho cảm biến tạo hạt đa tinh thể Bề rộng lớp nghèo hạt dẫn bề mặt ZnO nanowires tiếp xúc với mơi trường khơng khí vào khoảng vài nanometers Bởi đường kính nanowires lớn nhiều bề rộng lớp nghèo, nên lớp nghèo hạt dẫn không ảnh hưởng nhiều đến mật độ độ linh động điện tử nanowires làm thay đổi đáng kể rào tiếp xúc nanowires thơng qua phương trình R = R0 exp {−e∆V b / k BT } Trong phương trình này, ΔVb mức chênh lệch rào thế, R0 hệ số bao gồm điện trở khơng khí nanowires thơng số khác, e điện tích điện tử, kB số Boltzman, T nhiệt độ tuyệt đối [3] Như thấy rằng, cảm biến làm việc sở thay đổi rào ΔVb tác dụng nồng độ NH3 khác Hình 3.23 (a) & (b) tương ứng mô tả chế nhạy bề mặt nhạy biên hạt (c) thay đổi rào điểm tiếp xúc có khí khử tác dụng Tổng hợp kết cho phép chúng tơi có số nhận xét: Trong (hình 3.20 hình 3.21) với cảm biến chế tạo phương pháp mọc trực tiếp độ hồi đáp với khí NH3 với khí LPG, cảm biến mọc trực tiếp có độ nhạy thấp cảm biến phủ màng từ dung dịch mọc trực tiếp chưa xử lý dạng vơ định hình khác dây nano ZnO nên ảnh hưởng đến khả tiếp xúc khí với bề mặt vật liệu Ngược lại với điện cực chế tạo phương pháp phủ màng độ đáp ứng cải thiện - 100 Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu ZnO nanowires đáng kể cho kết Kết khẳng định ảnh hưởng dạng vơ định hình phương pháp mọc trực tiếp 3.3.3 Thời gian đáp ứng hồi phục Với mục đích ứng dụng vật liệu linh kiện cảm biến khí sau này, ngồi độ đáp ứng màng điện trở cần quan tâm đến thời gian đáp ứng thời gian phục hồi Từ đặc trưng nhạy khí có dạng hình III.10 ta trực tiếp ghi nhận thời gian hồi đáp thời gian phục hồi phép đo Trong bảng 3.3 kết thời gian đáp ứng thời gian hồi phục trường hợp Bảng 3.3 Thời gian đáp ứng (tđư), thời gian hồi phục (tph)của cảm biến Khí thử Cảm biến NH3 LPG tđư (s) thp (s) tđư (s) thp (s) Sgr 15 15 Sdr 10 20 Theo thống kê ta thấy thời gian đáp ứng thời gian phục hồi Ethanol với cảm biến dạng màng phủ nhỏ khoảng từ đến 10s với loại cảm biến Ngược lại giá trị đáp ứng phục hồi với khí LPG lớn nhất, nhiên với giá trị chấp nhận yêu cầu chế tạo cảm biến 3.3.4 Tính chọn lọc Để đánh giá khả chọn lọc khí cảm biến ta tiến hành so sánh độ nhạy khí với điều kiện Bảng 3.4 Nhiệt độ làm việc tối ưu với theo loại khí loại cảm biến Khí thử LPG Cảm biến 300 C Sgr 280 C Sdr NH3 280 C 240 C - 76 Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu ZnO nanowires Để đánh giá khả chọn lọc khí cảm biến ta tiến hành so sánh độ nhạy khí với điều kiện Trên (hình 3.24) so sánh độ nhạy khí với cảm biến chế tạo phương pháp mọc 300 C với nồng độ khí 100 ppm, 500 ppm 1000 ppm 40 LPG NH 35 30 §éai 25 n rg h¹as 20 y (R 15 /R ) 10 100 500 1000 Nång ®é (ppm) Hình 3.24 So sánh độ nhạy cảm biến chế tạo phương pháp mọc với khí NH3,, LPG Từ kết ta thấy sai khác lớn khả nhạy khí cảm biến với tứng loại, từ ta lựa chọn giá trị ngưỡng thích hợp cho cảm biến để qua phân biệt khí khác điều kiện hoạt động Qua kết cho phép kết luận sau: Các khí thể tính khử làm giảm điện trở màng cảm biến Độ nhạy tăng theo nồng độ khí tất trường hợp nồng độ khí tăng, khả tương tác khí bề mặt tăng Kết làm giảm điện trở màng cảm biến Với cảm biến chế tạo phương pháp mọc trực tiếp nhìn chung có độ nhạy thấp so với cảm biến chế tạo phương pháp phủ nhỏ giọt Sự khác q trình mọc trực tiếp hình thành trạng thái vơ định hình xen kẽ làm giảm khả nhạy khí màng cảm biến Còn trường hợp phủ nhỏ giọt giảm yếu tố này, khả nanowires tiếp xúc trực tiếp phân tử khí lớn Với loại khí thử khác hoạt tính hóa học khí thử ảnh hưởng đến khác độ nhạy Khí LPG hyđro cácbon khơng có nhóm liên kết –OH, nên khả tương tác hóa học LPG với vật liệu nhất, độ nhạy thấp khí Ngồi phụ thuộc hoạt tính hóa học khả nhạy khí phụ thuộc vào khối lượng phân tử loại khí Với khí có khối lượng phân tử lớn mật độ tiếp xúc khí bề mặt vật liệu lớn so với khí có khối lượng phân tử nhỏ Sự phụ thuộc độ nhạy vào nhiệt độ thay đổi theo loại khí loại cảm biến.Từ kết ta thấy sai khác lớn khả nhạy khí cảm biến với tứng loại, từ ta lựa chọn giá trị ngưỡng thích hợp cho cảm biến để qua phân biệt khí khác điều kiện hoạt động KẾT LUẬN Từ kết thu trình thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu ZnO nanowires ”, cho phép kết luận số vấn đề sau: Bằng phương pháp bốc bay nhiệt với điều kiện oxy hóa trực tiếp mơi trường chân khơng chúng tơi tìm thơng số cho phép tổng hợp thành công ZnO nanowires đế Si/Au sau: -2 - Áp suất: 10 Torr - Nhiệt độ: 950 C - Lưu lương khí O2: sccm - Lưu lương khí Ar : 50 sccm - Tốc độ nâng nhiệt: 950 C/25 phút - Thời gian phản ứng: 30 phút Kết khảo sát hinh thái bề mặt cho thấy dây nano ZnO có tính đồng cao, đường kính khoảng 40-50 nm, chiều dài lên đến hàng trăm µm Kết khảo sát cấu trúc tinh thể vật liệu cho thấy dây nano ZnO có cấu trúc tinh thể pha Wurtzite, dạng pha bền vững ZnO Khảo sát tính chất nhạy khí với màng điện trở chế tạo theo phương pháp khác với loại khí thử khác cho thấy: - Độ đáp ứng phụ thuộc vào chất cảm biến khí thử Cảm biến dạng màng phủ có độ đáp ứng cao so với cảm biến dạng mọc trực tiếp Độ đáp ứng khí giảm từ LPG đến NH3 - Thời gian đáp ứng thời gian phục hồi nhìn chung nhanh, hứa hẹn khả ứng dụng trực tiếp vật liệu linh kiện cảm biến - Độ đáp ứng loại khí khác điều kiện hoạt động lớn, cho phép chế tạo linh kiện cảm biến khí thích hợp có tính chọn lọc khí ... cơng trình nghiên cứu tính chất vật liệu ZnO cấu trúc nano Tính chất điện Một số nghiên cứu khảo sát tính chất dẫn điện dây nano ZnO ống nano đơn sợi v thấy việc nghiên cứu khảo sát tính chất điện... nano ZnO, SnO2, NiO 1.2.2.4 Các phương pháp chế tạo cảm biến Để tiến hành đo đạc, khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu trình nghiên cứu chế tạo linh kiện cảm biến ứng dụng cơng trình nghiên cứu. .. ban đầu chế tạo vật liệu đế có kích thước xác định Tóm lại, vật liệu ZnO đặc biệt cấu trúc dây nano ZnO nghiên cứu triển vọng hứa hẹn cho hệ vật liệu nhạy khí Kế thừa ưu điểm vật liệu ZnO truyền