CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2.2. Kết quả nhạy khí của vật liệu thanh nanoZnO mọc trên điện cực
Khảo sát quá trình nhạy khí của cảm biến là tiến hành đo sự thay đổi vận tốc sóng bề mặt
Để khảo sát đặc tính nhạy khí của vật liệu, ta cần qua tâm đến các thông số sau: tốc độ đáp ứng, thời gian hồi phục, tính ổn định và nhiệt độ làm việc.
Trong trường hợp này, trước tiên chúng tôi chọn độ ẩm để kiểm tra khả năng cảm nhận các cảm biến hóa học SAW sử dụng lớp nhạy thanh nano ZnO. Để đo độ ẩm tương đối qua phản ứng của SAW được thể hiện trong hình.3 15. Tần số cộng hưởng của cấu trúc AlN / Si không thể hiện bất kỳ thay đổi rõ ràng nào, và sự chuyển đổi tối đa là khoảng 10 kHz. Ngược lại, tần số cộng hưởng của các cấu trúc SAW với các thanh nano ZnO giảm rõ ràng (tức là, vận tốc SAW đã giảm). Cơ cấu SAW với một lớp thanh nano cảm biến ZnO mọc trên lớp mầm ZnO (ủ ở 350°C) đã có sự thay đổi tần số lớn nhất (khoảng 800 kHz). đặc biệt là khi so sánh với sự thay đổi tần số của ZnO thanh nano mọc trên lớp hạt mầm khi ủ ở nhiệt độ 600oC(khoảng 730 kHz), trong khoảng từ 10% đến 90% RH. Sự thay đổi tần số là sự khác biệt giữa tần số của bộ cảm biến tương ứng 10% RH và cảm biến ở mức 30%, 50%, 70%, và 90% RH. Nói chung, cơ chế nhạy của cảm biến độ ẩm với cấu trúc nano ZnO được dựa trên những thay đổi trong kháng tải và khối lượng của ZnO với hấp phụ hơi nước lên bề mặt của các màng mỏng [1]. Cơ cấu SAW với lớp hạt ZnO nano và ZnO nano rod ủ mầm ở nhiệt độ 350°C có diện tích bề mặt lớn hơn cụ thể hơn mầm ZnO/ ZnO nanorod khi ủ mầm ở nhiệt độ 600°C. Điều này là do đường kính trung bình của ZnO nanorod ( mầm ZnO ủ ở 350°C) nhỏ hơn đường kính trung bình của ZnO nanorod ( mầm ZnO ủ ở 600oC). Như vậy, sự thay đổi tần số của SAW với cấu trúc ZnO nanorod mọc trên lớp mầm ZnO ủ ở 350°C là cao nhất.
Hình 3.15. Mối quan hệ giữa sự thay đổi tần số của các cấu trúc SAW khác nhau và độ ẩm tương ứng tương đối (10% đến 90% RH) ở nhiệt độ
phòng (25°C).
Ngoài việc khảo sát với độ ẩm chúng tôi còn khảo sát khi đo độ nhạy với alcohol và kết quả đã chứng minh rằng cảm biến SAW trên cơ sở vật liệu nhạy ZnO có nhạy với alcohol ( hình 3.16)
Hình 3.16. kết quả nhạy alcohol
Hình 3.16 chỉ ra kết quả nhạy alcohol tại nhiệt độ phòng với cảm biến SAW. Ở đây nồng độ hơi cồn chưa được tính toán chính xác cụ thể vì một số khó khăn trong việc cài đặt chính xác hệ thí nghiệm. Tuy nhiên trong trường hợp có hơi cồn rõ ràng độ suy hao tăng lên đáng kể từ -34.7 dB đến -35 dB. Điều đó chứng tỏ cảm biến có nhạy hơi cồn và gây ra sự thay đổi trong lớp vật liệu nhạy ZnO nano dạng thanh và dẫn đến thay đổi trong độ suy hao của sóng bề mặt. Tuy nhiên mối liên hệ này cần phải được khảo sát một cách định lượng cụ thể hơn trong các hướng phát triển tiếp theo của luận án này.
Có alcohol