Cảm biến dây nano cấu trúc dị thể SnO2/WO3 được chế tạo thông qua hai bước. Bước thứ nhất dây nano SnO2 được mọc bằng phương pháp CVD (như đã chế tạo trong phần 2.1). Bước tiếp theo lớp hạt nano WO3 được phủ trên bề mặt dây nano SnO2 nhờ phương pháp Phún xạ trên hệ phún xạ catot DC tại Viện ITIMS (Hình 2.3). Kỹ thuật phún xạ chế tạo các loại màng mỏng kim loại hoặc biến tính vật liệu dựa trên nguyên lý truyền động năng bằng cách dùng các ion khí trơ được tăng tốc dưới điện trường bắn phá bề mặt vật liệu bia, truyền động năng cho các nguyên tử bia bay về phía đế và lắng đọng trên đế. Hệ phún xạ tại Viện ITIMS-ĐKBKHN sử dụng nguồn điện cao áp một chiều để gia tốc cho các ion khí trơ (Ar). Ban đầu các bia được đặt trên điện cực âm (catot) trong môi trường chân không cao áp suất xấp xỉ 5.10-6
bar nhờ hệ thống bơm cơ học và bơm turbo, sau đó buồng phún xạ được nạp đầy khí Ar với áp suất thấp ~10-3 bar. Một điện trường được tạo ra để gia tốc cho các ion khí Ar nhờ đặt một hiệu điện thế cao áp giữa bia (điện cực âm) và mẫu cần phún xạ (điện cực dương). Quá trình này là quá trình phóng điện có kèm theo phát sáng Plasma. Phương pháp này có thể ứng dụng cho nhiều loại vật liệu bia khác nhau, độ bám dính của các màng trên đế rất cao. Màng tạo ra có độ mấp mô bề mặt thấp và có độ dày chính xác hơn nhiều so với phương pháp bốc bay nhiệt trong chân không.
Hình 2.6. (A) Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ một chiều (phún xạ DC); (B) Hình ảnh hệ phún
51
Để biến tính bề mặt dây nano SnO2 bởi các hạt nano WO3 bằng phương pháp phún xạ một chiều DC chúng tôi sử dụng với vật liệu bia là W, đế là dây nano SnO2
đã chế tạo ở bước thứ nhất. Công suất nguồn phún xạ DC là 50 W, lưu lượng khí Ar và O2 được cung cấp là 15 sccmvà thời gian phún xạ lần lượt là 36, 60, 120, 240 giây để tạo lớp nano WO3 trên bề mặt dây nano SnO2 có chiều dày ước tính tương ứng là 3 nm, 5 nm, 10 nm và 20 nm.
Sau quá trình phún xạ mẫu được ủ nhiệt ở 600 ºC với thời gian 5 giờ trong không khí để làm tăng khả năng hình thành cấu trúc WO3 (oxit vonfram có thể tồn tại ở một số cấu trúc khác như WO2, W2O3, W2O5, W18O49) và sự ổn định tiếp xúc giữa hạt nano WO3 và dây nano SnO2. Oxit WO3 là một oxit bán dẫn loại n. Do vậy trong cảm biến chế tạo được hình thành một lớp chuyển tiếp dị thể cùng loại hạt tải n-SnO2/n -
WO3.