Nghiên cứu hiệu ứng tự đốt nóng của dây nano sno2 ứng dụng cho cảm biến khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trịnh Minh Ngọc NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỰ ĐỐT NÓNG CỦA DÂY NANO SnO2 ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN KHÍ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trịnh Minh Ngọc NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỰ ĐỐT NÓNG CỦA DÂY NANO SnO2 ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN KHÍ Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Văn Duy PGS TS Nguyễn Ngọc Trung Hà Nội - 2020 LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ hoàn thành Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Duy PGS.TS Nguyễn Ngọc Trung Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy định hướng khoa học, phương pháp nghiên cứu Dưới bảo tận tình quan tâm giúp đỡ điều kiện mà thầy giành cho học trò giúp học trò hoàn thành luận văn Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Hiếu, GS.TS Nguyễn Đức Hịa, GS.TS Hugo Nguyễn có dẫn khoa học, giúp đỡ góp ý để luận án hoàn thiện Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn cán thuộc Phịng thí nghiệm nghiên cứu phát triển ứng dụng Cảm biến nano, nghiên cứu sinh, học viên nhóm iSensors nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ, chia sẻ ý tưởng khoa học, chia sẻ khó khăn thời khắc quan trọng để nghiên cứu sinh vượt qua hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng, Ban Viện, Trường tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hồn thành chương trình học tập, nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, tác giả công trình khoa học trích dẫn luận án cung cấp kiến thức, ý tưởng khoa học liên quan tới nội dung nghiên cứu luận án Tác giả bày tỏ lòng biết ơn người thân gia đình động viên, khích lệ tác giả suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án Tác giả luận án Trịnh Minh Ngọc LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng tác giả hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Duy PGS.TS Nguyễn Ngọc Trung Các số liệu kết luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả PGS.TS Nguyễn Văn Duy Trịnh Minh Ngọc PGS.TS Nguyễn Ngọc Trung i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ viii GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sự cần thiết việc đốt nóng cảm biến khí 10 1.1.1 Cấu trúc vùng lượng, nguyên lý hoạt động vai trò nhiệt độ 10 1.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng bề mặt 13 1.2 Công suất tiêu thụ cảm biến khí 16 1.2.1 Yêu cầu giảm công suất tiêu thụ chế tạo cảm biến 17 1.2.2 Ứng dụng công nghệ để giảm công suất tiêu thụ cảm biến 19 1.3 Cảm biến khí ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng 26 1.3.1 Hiệu ứng tự đốt nóng Joule truyền nhiệt 27 1.3.2 Cảm biến ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng tình hình nghiên cứu 29 1.4 Kết luận chương 40 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 42 2.1 Hình thái bước chế tạo điện cực 42 2.1.1 Hình thái điện cực 42 2.1.2 Các bước chế tạo điện cực 43 2.2 Công nghệ chế tạo dây nano SnO2 45 2.2.1 Thiết bị vật tư cần thiết 45 2.2.2 Thực nghiệm chế tạo dây nano SnO2 46 ii 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu hình thái vật liệu 48 2.2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng tới hình thái vật liệu 49 2.3 Hệ đo tính chất nhạy khí phương pháp thực nghiệm 49 2.3.1 Hệ đo tính chất nhạy khí 49 2.3.2 Phương pháp đo tính chất nhạy khí cảm biến tự đốt nóng 51 2.4 Biến tính mạng lưới dây nano SnO2 53 2.5 Kết luận chương 54 CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH THÁI ĐIỆN CỰC VÀ VẬT LIỆU NHẠY KHÍ TỚI CƠNG SUẤT HOẠT ĐỘNG VÀ TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA CẢM BIẾN 55 3.1 Nghiên cứu phát triển điện cực cho cảm biến tự đốt nóng 55 3.1.1 Vai trị hình thái điện cực cảm biến khí oxit kim loại bán dẫn 55 3.1.2 Nghiên cứu phát triển điện cực cho cảm biến tự đốt nóng 58 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng mạng lưới dây nano SnO2 tới công suất hoạt động 62 3.2.1 Mơ hình mạch điện chế nhạy khí mạng lưới dây nano SnO2 62 3.2.2 Hình thái cấu trúc mạng lưới dây nano SnO2 65 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng mạng lưới dây nano SnO2 tới công suất hoạt động đáp ứng khí cảm biến 71 3.3 Tối ưu điều kiện chế tạo mạng lưới dây nano SnO2 cho phát triển cảm biến khí khử tự đốt nóng cơng suất thấp 79 3.3.1 Tác động công suất tới độ ổn định mạng lưới dây nano 80 3.3.2 Đặc trưng nhạy khí khử theo cơng suất hoạt động cảm biến mạng lưới dây nano 84 3.3.3 Định tính nhiệt độ hoạt động hoạt cảm biến thông qua công suất hoạt động… 92 3.4 Kết luận chương 93 CHƯƠNG 4: PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN TỰ ĐỐT NÓNG MẠNG LƯỚI DÂY NANO SnO2 BIẾN TÍNH BẠC CHO NHẠY KHÍ H2S 95 4.1 Cảm biến khí tự đốt nóng mạng lưới dây nano SnO2 biến tính Ag 96 iii 4.1.1 Hình thái vật liệu sau biến tính 98 4.1.2 Nghiên cứu hoạt động nhạy khí cảm biến tự đốt nóng biến tính kim loại Ag 104 4.2 Phát triển cảm biến tự đốt nóng cho ứng dụng phân tích khí 118 4.2.1 Kỹ thuật đo thiết bị cảm biến ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng 118 4.2.2 Hoạt động mơ đa cảm biến ứng dụng cho phân tích khí cảm biến tự đốt nóng 123 4.3 Kết luận chương 130 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 147 iv DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt CMOS Complementary MetalOxide-Semiconductor Bán dẫn – Oxit – Kim loại bù (một loại cơng nghệ sản xuất mạch tích hợp) CNTs Carbon nanotubes Ống nano carbon CVD Chemical Vapour Deposition Lắng đọng hóa học pha DL Detection Limit Giới hạn phát FE Field Emission Phát xạ trường FE-SEM Field Emission Scanning Electron Microsope Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FIB Focused Ion Beam Chùm ion hội tụ HR-TEM High Resolution Transmission Electron Microscope Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao IC Integrated Circuit Mạch tích hợp 10 ITO Indium Tin Oxide Oxit thiếc inđi 11 LDA Linear Discriminat Analysis Phân tích khác biệt tuyến tính 12 MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems Hệ vi điện tử 13 MFC Mass Flow Controllers Bộ điều khiển lưu lượng khí 14 MWCNTs Multi-walled carbon nanotubes Ống nano carbon đa tường 15 NRs Nanorods Thanh nano 16 NWs Nanowires Dây nano 17 ppb Parts per billion Một phần tỷ TT v 18 PCA Principal Component Analysis Phân tích thành phần 19 ppm Parts per million Một phần triệu 20 PR Photo Resist Cảm quang 21 ppt Parts per trillion 22 Ra 23 Rg Một phần nghìn tỷ Điện trở đo khơng khí Điện trở đo khí thử 24 sccm Standard cubic centimeters per minute Đơn vị đo lưu lượng khí cm3/phút 25 SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 26 SMO Semiconductor Metal Oxide Oxit kim loại bán dẫn 27 SVM Support Vector Machine Máy hỗ trợ véc-tơ 28 SWCNTs Single-walled carbon nanotubes Ống nano carbon đơn tường 29 TE Thermal Emission Phát xạ nhiệt 30 UV Ultraviolet Tia cực tím 31 V-L-S Vapour Liquid Solid Hơi-lỏng-rắn 32 WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây 33 1D One Dementional Một chiều vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Công suất tiêu thụ thành phần điện sử dụng thiết kế nút mạng cảm biến không dây [29]……………………………………………………… 18 Bảng 1.2 Tính chất nhiệt thiết kế lị nhiệt [55]……………………………… 23 Bảng 1.3 Đặc tính loại lị nhiệt [58]…………………………………………… 24 Bảng 2.1 Nồng độ khí khác pha lỗng từ khí khí chuẩn…….……… 52 Bảng 2.2 Các thông số sử dụng phún xạ kim loại Ag………………………… 53 Bảng 4.1 Ký hiệu cảm biến sau biến tính Ag điều kiện khác nhau… 97 Bảng 4.2 Độ đáp ứng cảm biến ST20(G10-S3) nồng độ khác loại khí khác tương ứng với dịng điện cấp cho cảm biến hoạt động khác nhau………………………………………………………………………………… 125 Bảng 4.3 Ma trận nhầm lẫn nhận từ phương pháp hồi quy máy hỗ trợ véc-tơ cảm biến ST20(G10-S3) dòng điện 0,6 mA; 0,8 mA mA……………… 129 vii TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L F Zhu et al., “Self-heated hydrogen gas sensors based on Pt-coated W18O 49 nanowire networks with high sensitivity, good selectivity and low power consumption,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 153, no pp 354–360, 2011 [2] O Monereo, O Casals, J D Prades, and A Cirera, “Self-heating in pulsed mode for signal quality improvement: Application to carbon nanostructures-based sensors,” Sensors Actuators, B Chem., vol 226, pp 254–265, Apr 2016 [3] J H Kim, A Mirzaei, H W Kim, and S S Kim, “Low power-consumption CO gas sensors based on Au-functionalized SnO -ZnO core-shell nanowires,” Sensors Actuators, B Chem., vol 267, pp 597–607, Aug 2018 [4] B W H Brattain and J Bardeent, “The Bell System Surface Properties of Germanium,” American Telephone and Telegraph Company, vol 32 pp 1–41, 1952 [5] G Heiland, “Zum Einfluß von Wasserstoff auf die elektrische Leitfähigkeit an der Oberfläche von Zinkoxydkristallen,” Zeitschrift für Physik, vol 148, no pp 15– 27, 1957 [6] A BIELAŃSKI, J DEREŃ, and J HABER, “Electric Conductivity and Catalytic Activity of Semiconducting Oxide Catalysts,” Nature, vol 179, no 4561, pp 668– 669, Mar 1957 [7] T Seiyama, A Kato, K Fujiishi, and M Nagatani, “A New Detector for Gaseous Components Using Semiconductive Thin Films.,” Anal Chem., vol 34, no 11, pp 1502–1503, Oct 1962 [8] P J Shaver, “Activated tungsten oxide gas detectors,” Appl Phys Lett., vol 11, no 8, pp 255–257, Oct 1967 [9] Naoyoshi Taguchi, “Published patent application in Japan S37-47677, October 1962.” 134 [10] D Neamen, Semiconductor Physics And Devices Elizabeth A Jones, 2001 [11] N Yamazoe, J Fuchigami, M Kishikawa, and T Seiyama, “Interactions of tin oxide surface with O2, H2O AND H2,” Surface Science, vol 86, no C pp 335– 344, 1979 [12] N Barsan, M Schweizer-Berberich, and W Göpel, “Fundamental and practical aspects in the design of nanoscaled SnO2 gas sensors: A status report,” Fresenius’ Journal of Analytical Chemistry, vol 365, no pp 287–304, 1999 [13] N Bârsan and U Weimar, “Understanding the fundamental principles of metal oxide based gas sensors; the example of CO sensing with SnO2sensors in the presence of humidity,” Journal of Physics Condensed Matter, vol 15, no 20 2003 [14] N Yamazoe and K Shimanoe, “Theory of power laws for semiconductor gas sensors,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 128, no pp 566–573, 2008 [15] N Bârsan, “Conduction models in gas-sensing SnO2 layers: grain-size effects and ambient atmosphere influence,” Sensors Actuators B Chem., vol 17, no 3, pp 241–246, Feb 1994 [16] K D Schierbaum, U Weimar, and W Giipel, “work function and catalytic activity of SnO , -based gas,” Scanning Electron Microscopy, vol pp 205–214, 1991 [17] C T Quy et al., “C2H5OH and NO2 sensing properties of ZnO nanostructures: correlation between crystal size, defect level and sensing performance,” RSC Adv., vol 8, no 10, pp 5629–5639, 2018 [18] W M Sears, K Colbow, and F Consadori, “Algorithms to improve the selectivity of thermally-cycled tin oxide gas sensors,” Sensors and Actuators, vol 19, no pp 333–349, 1989 [19] S Ahlers, G Müller, and T Doll, “A rate equation approach to the gas sensitivity of thin film metal oxide materials,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 107, no pp 587–599, 2005 [20] J B B R Prabakaran Shankar, “Gas sensing mechanism of metal oxides: The 135 role of ambient atmosphere, type of semiconductor and gases - A review”, Sci Lett J 4: 126, 2015 [21] H G Moon et al., “Hollow Pt-Functionalized SnO Hemipill Network Formation Using a Bacterial Skeleton for the Noninvasive Diagnosis of Diabetes,” ACS Sensors, vol 3, no 3, pp 661–669, Mar 2018 [22] M M Arafat, B Dinan, S A Akbar, and A S M A Haseeb, “Gas Sensors Based on One Dimensional Nanostructured Metal-Oxides: A Review,” Sensors, vol 12, no 6, pp 7207–7258, May 2012 [23] C Fàbrega, O Casals, F Hernández-Ramírez, and J D Prades, “A review on efficient self-heating in nanowire sensors: Prospects for very-low power devices,” Sensors Actuators B Chem., vol 256, pp 797–811, Mar 2018 [24] H Nguyen et al., “Controllable growth of ZnO nanowires grown on discrete islands of Au catalyst for realization of planar-type micro gas sensors,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 193 pp 888–894, 2014 [25] “http://www.figaro.co.jp/en/technicalinfo/miniaturization.html.” [26] “https://www.itri.org.tw.” [27] “http://www.virtualworldlets.net/Resources/Hosted/Resource.php.” [28] S P Kumar and C Y Chong, “Sensor networks: Evolution, opportunities, and challenges,” Proceedings of the IEEE, vol 91, no pp 1247–1256, 2003 [29] A Baranov, D Spirjakin, S Akbari, and A Somov, “Optimization of power consumption for gas sensor nodes: A survey,” Sensors Actuators A Phys., vol 233, pp 279–289, Sep 2015 [30] A Somov, A Baranov, A Savkin, D Spirjakin, A Spirjakin, and R Passerone, “Development of wireless sensor network for combustible gas monitoring,” Sensors and Actuators, A: Physical, vol 171, no pp 398–405, 2011 [31] D Brunelli and M Rossi, “Enhancing lifetime of WSN for natural gas leakages detection,” Microelectronics Journal, vol 45, no 12 pp 1665–1670, 2014 [32] I Simon, N Bârsan, M Bauer, and U Weimar, “Micromachined metal oxide gas sensors: opportunities to improve sensor performance,” Sensors Actuators B 136 Chem., vol 73, no 1, pp 1–26, Feb 2001 [33] A Götz et al., “A micromachined solid state integrated gas sensor for the detection of aromatic hydrocarbons,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 44, no 1–3 pp 483–487, 1997 [34] S K H Fung, Z Tang, P C H Chan, J K O Sin, and P W Cheung, “Thermal analysis and design of a micro-hotplate for integrated gas-sensor applications,” Sensors and Actuators, A: Physical, vol 54, no 1–3 pp 482–487, 1996 [35] K Murakami, D.-B Ye, and T Yamamoto, “Integrated hydrogen leak detector with a tunnel mis structure,” Sensors and Actuators, vol 13, no 4, pp 315–321, Apr 1988 [36] E Comini, G Faglia, and G Sberveglieri, “UV light activation of tin oxide thin films for NO2 sensing at low temperatures,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 78, no 1–3 pp 73–77, 2001 [37] G Korotcenkov and B K Cho, “Engineering approaches for the improvement of conductometric gas sensor parameters,” Sensors Actuators B Chem., vol 188, pp 709–728, Nov 2013 [38] A Vasiliev, R Pavelko, S Gogish-Klushin, D Kharitonov, O Gogish-Klushina, A Pisliakov, A Sokolov, N Samotaev, V Guarnieri, M Zen, L Lorenzelli, “Sensors based on technology 'nano-on-micro' for wireless instruments preventing ecological and industrial catastrophes,” Sensors for Environment, health and security, Springer, p 205-228, 2009 [39] A A Vasiliev et al., “Alumina MEMS platform for impulse semiconductor and IR optic gas sensors,” Sensors Actuators B Chem., vol 132, no 1, pp 216–223, May 2008 [40] D D Lee, W Y Chung, M S Choi, and J M Baek, “Low-power micro gas sensor,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 33, no 1–3 pp 147–150, 1996 [41] M Jaegle et al., “Micromachined thin film SnO2 gas sensors in temperaturepulsed operation mode,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 57, no 1–3 pp 130–134, 1999 137 [42] W Y Chung, J W Lim, D D Lee, N Miura, and N Yamazoe, “Thermal and gas-sensing properties of planar-type micro gas sensor,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 64, no 1–3 pp 118–123, 2000 [43] P Fürjes, C Dücs, M Ádám, J Zettner, and I Bársony, “Thermal characterisation of micro-hotplates used in sensor structures,” Superlattices and Microstructures, vol 35, no 3–6 pp 455–464, 2004 [44] D C Meier, S Semancik, B Button, E Strelcov, and A Kolmakov, “Coupling nanowire chemiresistors with MEMS microhotplate gas sensing platforms,” Appl Phys Lett., vol 91, no 6, p 063118, Aug 2007 [45] L Francioso et al., “Linear temperature microhotplate gas sensor array for automotive cabin air quality monitoring,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 134, no pp 660–665, 2008 [46] C Tsamis, A G Nassiopoulou, and A Tserepi, “Thermal properties of suspended porous silicon micro-hotplates for sensor applications,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 95, no 1–3 pp 78–82, 2003 [47] A Chari, P de Mierry, A Menikh, and M Aucouturier, “Impurity-defect interaction in polycrystalline silicon for photovoltaic applications The role of hydrogen,” Rev Phys Appliquée, vol 22, no 7, pp 655–662, 1987 [48] T I Kamins, J Manoliu, and R N Tucker, “Diffusion of Impurities in Polycrystalline Silicon,” J Appl Phys., vol 43, no 1, pp 83–91, Jan 1972 [49] I Yonenaga, W J Li, T Akashi, T Ayuzawa, and T Goto, “Temperature dependence of electron and hole mobilities in heavily impurity-doped SiGe single crystals,” J Appl Phys., vol 98, no 6, p 063702, Sep 2005 [50] A Splinter, O Bartels, and W Benecke, “Thick porous silicon formation using implanted mask technology,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 76, no 1– pp 354–360, 2001 [51] S E Moon, “Semiconductor-Type MEMS Gas Sensor for Real-Time Environmental Monitoring Applications,” ETRI J., vol 35, no 4, pp 617–624, Aug 2013 138 [52] W J Salcedo, F J R Fernandez, and J C Rubim, “Photoluminescence quenching effect on porous silicon films for gas sensors application,” Spectrochimica Acta - Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, vol 60, no pp 1065–1070, 2004 [53] B Panchapakesan, D L DeVoe, M R Widmaier, R Cavicchi, and S Semancik, “Nanoparticle engineering and control of tin oxide microstructures for chemical microsensor applications,” Nanotechnology, vol 12, no 3, pp 336–349, Sep 2001 [54] Q Zhou, A Sussman, J Chang, J Dong, A Zettl, and W Mickelson, “Fast response integrated MEMS microheaters for ultra low power gas detection,” Sensors and Actuators, A: Physical, vol 223 pp 67–75, 2015 [55] G Korotcenkov and B K Cho, “Engineering approaches to improvement of conductometric gas sensor parameters Part 2: Decrease of dissipated (consumable) power and improvement stability and reliability,” Sensors Actuators B Chem., vol 198, pp 316–341, Jul 2014 [56] Z Dai et al., “Fast-response, sensitivitive and low-powered chemosensors by fusing nanostructured porous thin film and IDEs-microheater chip,” Scientific Reports, vol 2013 [57] S E Moon et al., “Low power consumption micro C2H5OH gas sensor based on micro-heater and ink jetting technique,” Sensors Actuators, B Chem., vol 217, pp 146–150, Oct 2015 [58] A Y Ahmed, J O Dennis, M N M Saad, and W A Talah, “Design and simulation of a high temperature MEMS microhotplate for application in trace gas detection,” in IEEE International Conference on Semiconductor Electronics, Proceedings, ICSE, pp 153–157, 2008 [59] E Strelcov, S Dmitriev, B Button, J Cothren, V Sysoev, and A Kolmakov, “Evidence of the self-heating effect on surface reactivity and gas sensing of metal oxide nanowire chemiresistors,” Nanotechnology, vol 19, no 35, p 355502, Sep 2008 139 [60] A Salehi, “A highly sensitive self heated SnO2 carbon monoxide sensor,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 96, no 1–2 pp 88–93, 2003 [61] E Pop, D Mann, Q Wang, K Goodson, and H Dai, “Thermal Conductance of an Individual Single-Wall Carbon Nanotube above Room Temperature,” Nano Lett., vol 6, no 1, pp 96–100, Jan 2006 [62] T Kawano, H C Chiamori, M Suter, Q Zhou, B D Sosnowchik, and L Lin, “An electrothermal carbon nanotube gas sensor,” Nano Letters, vol 7, no 12 pp 3686–3690, 2007 [63] I.-K Hsu, M T Pettes, M Aykol, L Shi, and S B Cronin, “The effect of gas environment on electrical heating in suspended carbon nanotubes,” J Appl Phys., vol 108, no 8, p 084307, Oct 2010 [64] Y.-J Yu et al., “High-resolution spatial mapping of the temperature distribution of a Joule self-heated graphene nanoribbon,” Appl Phys Lett., vol 99, no 18, p 183105, Oct 2011 [65] K Chikkadi, M Muoth, V Maiwald, C Roman, and C Hierold, “Ultra-low power operation of self-heated, suspended carbon nanotube gas sensors,” Appl Phys Lett., vol 103, no 22, p 223109, Nov 2013 [66] O Monereo, O Casals, J D Prades, and A Cirera, “A low-cost approach to lowpower gas sensors based on self-heating effects In large arrays of nanostructures,” in Procedia Engineering, vol 120, pp 787–790, 2015 [67] O Monereo, J D Prades, and A Cirera, “Self-heating effects in large arrangements of randomly oriented carbon nanofibers: Application to gas sensors,” Sensors Actuators, B Chem., vol 211, pp 489–497, May 2015 [68] O Monereo et al., “Localized self-heating in large arrays of 1D nanostructures,” Nanoscale, vol 8, no 9, pp 5082–5088, 2016 [69] J Seo, Y Lim, and H Shin, “Self-heating hydrogen gas sensor based on an array of single suspended carbon nanowires functionalized with palladium nanoparticles,” Sensors Actuators B Chem., vol 247, pp 564–572, Aug 2017 [70] E Strelcov et al., “Self-heated Nanowire Sensors: Opportunities, Optimization 140 and Limitations,” in AIP Conference Proceedings, pp 9–11, 2009 [71] J D Prades et al., “Ultralow power consumption gas sensors based on self-heated individual nanowires,” Appl Phys Lett., vol 93, no 12, p 123110, Sep 2008 [72] J.-H Ahn, J Yun, D.-I Moon, Y.-K Choi, and I Park, “Self-heated silicon nanowires for high performance hydrogen gas detection,” Nanotechnology, vol 26, no 9, p 095501, Mar 2015 [73] G Meng et al., “Nanoscale Thermal Management of Single SnO Nanowire: pico-Joule Energy Consumed Molecule Sensor,” ACS Sensors, vol 1, no 8, pp 997–1002, Aug 2016 [74] J D Prades et al., “Direct observation of the gas-surface interaction kinetics in nanowires through pulsed self-heating assisted conductometric measurements,” Appl Phys Lett., vol 95, no 5, p 053101, Aug 2009 [75] P Offermans, M Crego-Calama, S H Brongersma, H D Tong, and C J M Van Rijn, “Ultra-low-power hydrogen sensing with palladium nanowires,” Proceedings of IEEE Sensors pp 98–101, 2008 [76] J D Prades, R Jimenez-Diaz, F Hernandez-Ramirez, A Cirera, A RomanoRodriguez, and J R Morante, “Harnessing self-heating in nanowires for energy efficient, fully autonomous and ultra-fast gas sensors,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 144, no pp 1–5, 2010 [77] J D Prades et al., “Quantitative analysis of CO-humidity gas mixtures with selfheated nanowires operated in pulsed mode,” Appl Phys Lett., vol 97, no 24, p 243105, Dec 2010 [78] F Yang, D K Taggart, and R M Penner, “Joule Heating a Palladium Nanowire Sensor for Accelerated Response and Recovery to Hydrogen Gas,” Small, vol 6, no 13, pp 1422–1429, Jun 2010 [79] C S Prajapati and N Bhat, “Self-heating oxidized suspended Pt nanowire for high performance hydrogen sensor,” Sensors Actuators B Chem., vol 260, pp 236– 242, May 2018 [80] J Yun, C Y Jin, J.-H Ahn, S Jeon, and I Park, “A self-heated silicon nanowire 141 array: selective surface modification with catalytic nanoparticles by nanoscale Joule heating and its gas sensing applications,” Nanoscale, vol 5, no 15, p 6851, 2013 [81] M Afshar et al., “Indium-tin-oxide single-nanowire gas sensor fabricated via laser writing and subsequent etching,” Sensors Actuators B Chem., vol 215, pp 525– 535, Aug 2015 [82] F Hernandezramirez, A Tarancon, O Casals, J Arbiol, A Romanorodriguez, and J Morante, “High response and stability in CO and humidity measures using a single SnO2 nanowire,” Sensors Actuators B Chem., vol 121, no 1, pp 3–17, Jan 2007 [83] N D Chinh, N Van Toan, V Van Quang, N Van Duy, N D Hoa, and N Van Hieu, “Comparative NO2 gas-sensing performance of the self-heated individual, multiple and networked SnO2 nanowire sensors fabricated by a simple process,” Sensors Actuators, B Chem., vol 201, pp 7–12, Oct 2014 [84] S Walia, R Gupta, K D M Rao, and G U Kulkarni, “Transparent Pd Wire Network-Based Areal Hydrogen Sensor with Inherent Joule Heater,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 8, no 35, pp 23419–23424, Sep 2016 [85] T F Choo, N U Saidin, and K Y Kok, “A novel self-heating zinc oxide/indium tin oxide based hydrogen gas sensor: Dual sensing mode of hydrogen gas detection,” Chem Phys Lett., vol 713, pp 180–184, Dec 2018 [86] J H Kim, H W Kim, and S S Kim, “Self-heating effects on the toluene sensing of Pt-functionalized SnO2 –ZnO core–shell nanowires,” Sensors Actuators, B Chem., vol 251, pp 781–794, Nov 2017 [87] D T T Le et al., “Density-controllable growth of SnO2 nanowire junctionbridging across electrode for low-temperature NO2 gas detection,” J Mater Sci., vol 48, no 20, pp 7253–7259, Oct 2013 [88] D D Trung, N Van Toan, P Van Tong, N Van Duy, N D Hoa, and N Van Hieu, “Synthesis of single-crystal SnO2 nanowires for NOx gas sensors application,” Ceramics International, vol 38, no pp 6557–6563, 2012 142 [89] W Yin, B Wei, and C Hu, “In situ growth of SnO nanowires on the surface of Au-coated Sn grains using water-assisted chemical vapor deposition,” Chemical Physics Letters, vol 471, no 1–3 pp 11–16, 2009 [90] E S M Duraia, Z A Mansorov, and S Tokmolden, “Synthesis, characterization and photoluminescence of tin oxide nanoribbons and nanowires,” Physica B: Condensed Matter, vol 404, no 21 pp 3952–3956, 2009 [91] E M El-Maghraby, A Qurashi, and T Yamazaki, “Synthesis of SnO2 nanowires their structural and H2 gas sensing properties,” Ceram Int., vol 39, no 7, pp 8475–8480, Sep 2013 [92] L Mazeina, Y N Picard, J D Caldwell, E R Glaser, and S M Prokes, “Growth and photoluminescence properties of vertically aligned SnO2 nanowires,” Journal of Crystal Growth, vol 311, no 11 pp 3158–3162, 2009 [93] A Dey, “Materials Science & Engineering B Semiconductor metal oxide gas sensors : A review,” Materials Science and Engineering B, vol 229 pp 206–217, 2018 [94] H Liu, L Zhang, K Li, and O Tan, “Microhotplates for Metal Oxide Semiconductor Gas Sensor Applications—Towards the CMOS-MEMS Monolithic Approach,” Micromachines, vol 9, no 11, p 557, Oct 2018 [95] K Potje-Kamloth, “Semiconductor junction gas sensors,” Chemical Reviews, vol 108, no pp 367–399, 2008 [96] M Chen, X Xia, Z Wang, Y Li, J Li, and C Gu, “Rectifying behavior of individual SnO2 nanowire by different metal electrode contacts,” Microelectronic Engineering, vol 85, no 5–6 pp 1379–1381, 2008 [97] M J Toohey, “Electrodes for nanodot-based gas sensors,” Sensors Actuators B Chem., vol 105, no 2, pp 232–250, Mar 2005 [98] S Lee, “Electrodes for Semiconductor Gas Sensors,” Sensors, vol 17, no 4, p 683, Mar 2017 [99] N M Shaalan, T Yamazaki, and T Kikuta, “Influence of morphology and structure geometry on NO2 gas-sensing characteristics of SnO2 nanostructures 143 synthesized via a thermal evaporation method,” Sensors Actuators, B Chem., vol 153, no 1, pp 11–16, Mar 2011 [100] B G Kim, D G Lim, J H Park, Y J Choi, and J G Park, “In-situ bridging of SnO nanowires between the electrodes and their NO gas sensing characteristics,” Applied Surface Science, vol 257, no 10 pp 4715–4718, 2011 [101] L V Thong, L T N Loan, and N Van Hieu, “Comparative study of gas sensor performance of SnO2 nanowires and their hierarchical nanostructures,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 150, no pp 112–119, 2010 [102] L V Thong et al., “On-chip fabrication of SnO2-nanowire gas sensor: The effect of growth time on sensor performance,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 146, no pp 361–367, 2010 [103] D Dang, L Duc, H Si, T Dai, T Trung, and N Van Hieu, “Selective detection of carbon dioxide using LaOCl-functionalized SnO nanowires for air-quality monitoring,” Talanta, vol 88 pp 152–159, 2012 [104] N Van Hieu, H R Kim, B K Ju, and J H Lee, “Enhanced performance of SnO2 nanowires ethanol sensor by functionalizing with La2O3,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 133, no pp 228–234, 2008 [105] A Sharma, M Tomar, and V Gupta, “Sensors and Actuators B : Chemical SnO thin film sensor with enhanced response for NO gas at lower temperatures,” Sensors & Actuators: B Chemical, vol 156, no pp 743–752, 2011 [106] A Sharma, M Tomar, and V Gupta, “A low temperature operated NO2 gas sensor based on TeO2/SnO2 p-n heterointerface,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 176 pp 875–883, 2013 [107] Y.-J Choi, I.-S Hwang, J.-G Park, K J Choi, J.-H Park, and J.-H Lee, “Novel fabrication of an SnO nanowire gas sensor with high sensitivity,” Nanotechnology, vol 19, no 9, p 095508, Mar 2008 [108] Y Wang et al., “Low-Temperature H S Detection with Hierarchical Cr-Doped WO Microspheres,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 8, no 15, pp 9674–9683, Apr 2016 144 [109] A Buerke, H Wendrock, and K Wetzig, “Study of electromigration damage in Al interconnect lines inside a SEM,” Cryst Res Technol., vol 35, no 6, pp 721– 730, Jul 2000 [110] H V Nguyen et al., “Fast temperature cycling and electromigration induced thin film cracking in multilevel interconnection: Experiments and modeling,” Microelectronics Reliability, vol 42, no 9–11 pp 1415–1420, 2002 [111] C H Liu, L Zhang, and Y J He, “Properties and mechanism study of Ag doped SnO thin films as H S sensors,” Thin Solid Films, vol 304, no 1–2 pp 13– 15, 1997 [112] I.-S Hwang et al., “Facile Control of C H OH Sensing Characteristics by Decorating Discrete Ag Nanoclusters on SnO Nanowire Networks,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 3, no 8, pp 3140–3145, Aug 2011 [113] J W Yoon, Y J Hong, Y C Kang, and J H Lee, “High performance chemiresistive H2S sensors using Ag-loaded SnO2 yolk-shell nanostructures,” RSC Adv., vol 4, no 31, pp 16067–16074, 2014 [114] P S Kolhe, P M Koinkar, N Maiti, and K M Sonawane, “Synthesis of Ag doped SnO2 thin films for the evaluation of H2S gas sensing properties,” Phys B Condens Matter, vol 524, pp 90–96, Nov 2017 [115] S.-J Kim, S.-J Choi, J.-S Jang, H.-J Cho, and I.-D Kim, “Innovative Nanosensor for Disease Diagnosis,” Acc Chem Res., vol 50, no 7, pp 1587–1596, Jul 2017 [116] A Schutze, A Gramm, and T Ruhl, “Identification of Organic Solvents by a Virtual Multisensor System with Hierarchical Classification,” IEEE, vol 4, no pp 382–387, 2002 [117] W Wojnowski, T Majchrzak, T Dymerski, J Gębicki, and J Namieśnik, “Portable electronic nose based on electrochemical sensors for food quality assessment,” Sensors (Switzerland), vol 17, no 12, p 2715, Nov 2017 [118] Y Chen, P Xu, T Xu, D Zheng, and X Li, “ZnO-nanowire size effect induced ultra-high sensing response to ppb-level H2S,” Sensors Actuators B Chem., vol 240, pp 264–272, Mar 2017 145 [119] A Kumar et al., “Fast Response and High Sensitivity of ZnO Nanowires - Cobalt Phthalocyanine Heterojunction Based H2S Sensor,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 7, no 32, pp 17713–17724, Aug 2015 [120] H M Ammann, “A new look at physiologic respiratory response to H2S poisoning,” Journal of Hazardous Materials, vol 13, no pp 369–374, 1986 [121] S Singh and H Lin, “Hydrogen Sulfide in Physiology and Diseases of the Digestive Tract,” Microorganisms, vol 3, no pp 866–889, 2015 [122] K Saksrithai and A J King, “Controlling Hydrogen Sulfide Emissions during Poultry Productions,” J Anim Res Nutr., vol 03, no 01, 2018 [123] M Rivai, F Budiman, D Purwanto, and J Simamora, “Meat freshness identification system using gas sensor array and color sensor in conjunction with neural network pattern recognition,” J Theor Appl Inf Technol., vol 96, no 12, pp 3861–3872, 2018 [124] S W Choi, A Katoch, J Zhang, and S S Kim, “Electrospun nanofibers of CuOSnO2 nanocomposite as semiconductor gas sensors for H2S detection,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 176 pp 585–591, 2013 [125] A Stanoiu et al., “Sensors based on mesoporous SnO2 -CuWO4 with high selective sensitivity to H S at low operating temperature,” J Hazard Mater., vol 331, pp 150–160, Jun 2017 [126] J Gong, Q Chen, M R Lian, N C Liu, R G Stevenson, and F Adami, “Micromachined nanocrystalline silver doped SnO2 H2S sensor,” Sensors and Actuators, B: Chemical, vol 114, no pp 32–39, 2006 [127] D N Chavan, G E Patil, D D Kajale, V B Gaikwad, P K Khanna, and G H Jain, “Nano Ag-doped In2O3 thick film: A low-temperature H2S gas sensor,” Journal of Sensors, vol 2011 2011 [128] M S Barbosa, P H Suman, J J Kim, H L Tuller, J A Varela, and M O Orlandi, “Gas sensor properties of Ag- and Pd-decorated SnO micro-disks to NO2, H2 and CO: Catalyst enhanced sensor response and selectivity,” Sensors Actuators, B Chem., vol 239, pp 253–261, Feb 2017 146 [129] Y Qin, D Liu, T Zhang, and Z Cui, “Ultrasensitive Silicon Nanowire Sensor Developed by a Special Ag Modification Process for Rapid NH Detection,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 9, no 34, pp 28766–28773, Aug 2017 [130] Z Yin et al., “Aligned hierarchical Ag/ZnO nano-heterostructure arrays via electrohydrodynamic nanowire template for enhanced gas-sensing properties,” Scientific Reports, vol 7, no 2017 [131] H W Kim, H G Na, D S Kwak, H Y Cho, and Y J Kwon, “Enhanced Gas Sensing Characteristics of Ag2O-Functionalized Networked In2O3 Nanowires,” Jpn J Appl Phys., vol 52, no 10S, p 10MD01, Oct 2013 [132] Chen, X., Guo, Z., Xu, W -H., Yao, H -B., Li, M.-Q., Liu, J.-H., Huang, X.-J., Yu, S.-H., “Templating Synthesis of SnO2 Nanotubes Loaded with Ag2O Nanoparticles and Their Enhanced Gas Sensing Properties,” Adv Funct Mater 21, 2049–2056, 2011 [133] Hui Li, Dehan Luo, Yunlong Sun and Hamid GholamHosseini, “Classification and Identification of Industrial Gases Based on Electronic Nose Technology,” Sensors, 19, 5033, 2019 [134] M A Akbar et al., “An Empirical Study for PCA- and LDA-Based Feature Reduction for Gas Identification,” IEEE Sens J., vol 16, no 14, pp 5734–5746, Jul 2016 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Ha Minh Tan, Chu Manh Hung, Trinh Minh Ngoc, Hugo Nguyen, Nguyen Duc 147 Hoa, Nguyen Van Duy, Nguyen Van Hieu (2017), Novel Self-Heated Gas Sensors Using on-Chip Networked Nanowires with Ultralow Power Consumption, ACS Appl Mater Interfaces, 9, 6153−6162 Nguyen Kien, Chu Manh Hung, Trinh Minh Ngoc, Dang Thi Thanh Le, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Van Duy, Nguyen Van Hieu (2017), Low-temperature prototype hydrogen sensors using Pd-decorated SnO2 nanowires for exhaled breath applications, Sensors and Actuators B: Chemical, vol 253, pp 156–163 Trịnh Minh Ngọc, Chử Mạnh Hưng, Nguyễn Ngọc Trung, Nguyễn Văn Duy (SPMS2017), Enhanced Hydrogen sensitivity of self-heating sensor using SnO2 nanowires network by catalyst, Proceeding of the 10th Vietnam national conference on solid state physics and materials science, pp 376-379 Trinh Minh Ngoc, Hugo Nguyen, Chu Manh Hung, Nguyen Ngoc Trung, Nguyen Van Duy (ACCS2017), H2S Sensing Characteristics of Self-heated Ag-coated SnO2 nanowires, Proceeding of the 12th Asian Conference on Chemical Sensors, pp 350-353 Trinh Minh Ngoc, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Ngoc Trung, Hugo Nguyen, Nguyen Van Hieu (2018) Ultralow power consumption gas sensor based on a self-heated nanojunction of SnO2 nanowires, RSC Adv., 8, 36323–36330 Trinh Minh Ngoc, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Duc Hoa, Hugo Nguyen, Matteo Tonezzer, Nguyen Van Hieu (2019), Self-heated Ag-decorated SnO2 nanowires with low power consumption used as a predictive virtual multisensor for H2Sselective sensing, Analytica Chimica Acta 1069, 108-116 Trinh Minh Ngoc, Nguyen Van Duy, Nguyen Duc Hoa, Chu Manh Hung, Hugo Nguyen, Nguyen Van Hieu (2019), Effective design and fabrication of low-powerconsumption self-heated SnO2 nanowire sensors for reducing gases, Sensors and Actuators B: Chemical, vol 295, pp 144-152 148 ... ứng tự đốt nóng cho cảm biến khí phát triển tương lai Vì vậy, nghiên cứu sinh chọn đề tài nghiên cứu luận án ? ?Nghiên cứu hiệu ứng tự đốt nóng dây nano SnO2 ứng dụng cho cảm biến khí? ?? Mục tiêu nghiên. .. 1.3.2 Cảm biến ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng tình hình nghiên cứu 29 I (a) (b) I Hình 1.11 Mơ hình cảm biến khí sử dụng: lị nhiệt ngồi (a), hiệu ứng tự đốt nóng (b) Cảm biến sử dụng hiệu ứng tự đốt. .. biến 19 1.3 Cảm biến khí ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng 26 1.3.1 Hiệu ứng tự đốt nóng Joule truyền nhiệt 27 1.3.2 Cảm biến ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng tình hình nghiên cứu 29 1.4