CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO-H VÀ NiO/ZnO H
3.1.2. Tính chất điện
Việc khảo sát đường đặc tuyến I-V giữa hai điện cực vàng trên đế cảm biến với các cấu trúc của lớp nhạy nhằm xác định tính chất tiếp xúc giữa điện cực Au và lớp nhạy khí là tiếp xúc Ohmic hay tiếp xúc Schottky, từ đó tìm ra điện áp làm việc thích hợp của cảm biến cũng như làm cơ sở để giải thích cơ chế nhạy khí của các cấu trúc chế tạo được. Các đặc tính I-V của các cảm biến đã chế tạo được đo ở nhiệt độ khác nhau trong khơng khí khơ với điện áp khảo sát từ -2V đến 2V. Trước khi thực hiện các phép đo I-V, các thiết bị được gia nhiệt đến 320°C trong các điều kiện mơi trường khơng khí để loại bỏ hiệu ứng
Hình 3.8: Tính chất I-V trong mơi trường khơng khí của cảm biến dựa trên cấu trúc phân nhánh ZnO-H (a) và NiO(4min)/ZnO-H (b). Sự thay đổi điện trở trong
mơi trường khơng khí của các cảm biến đã chế tạo theo nhiệt độ làm việc khác nhau (c).
Các đường cong I-V của các cảm biến dựa trên cấu trúc ZnO-H và NiO(4min)/ZnO-H đều thể hiện tính chất tuyến tính (Hình 3.8a và 3.8b), điều này cho thấy sự hình thành các tiếp xúc Ohmic giữa các lớp nhạy khí và các điện cực Au tại tất cả các nhiệt độ làm việc của cảm biến mà chúng tôi đang khảo sát. Điện trở của các lớp nhạy được tính tốn từ các phép đo I-V đối với các cấu trúc nano ZnO-H và NiO(4min)/ZnO-H được thể hiện trong Hình 3.8c. Các phép đo này được thực hiện trong điều kiện mơi trường khí khơ với tỉ lệ O2/N2 = 20/80. Kết quả thu được cho thấy điện trở của tất cả các mẫu giảm khi tăng nhiệt độ trong vùng nhiệt độ thấp hơn 240C. Mối quan hệ này cho thấy tính chất bán dẫn được thể hiện trong hầu hết tất cả các cấu trúc của lớp nhạy. Tuy nhiên điều thú vị có thể nhìn thấy ở đây là sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ của các cảm biến khơng tn theo tính chất của vật liệu bán dẫn trong vùng nhiệt độ cao (240 – 320C); điện trở của các cảm biến này tăng khi nhiệt độ tăng và đạt giá trị cực đại sau đó giảm xuống khi nhiệt độ tiếp tục tăng. Một “điểm cực đại địa phương” của điện trở cảm biến có thể được xác định tại giá trị khoảng 280C. Do vậy độ hồi đáp của cảm biến mong chờ được cải thiện trong vùng lân cận của “điểm cực đại địa phương” này. Sự tăng điện trở trong trường hợp này có thể được giải thích là do tốc độ ion hóa oxy tăng lên dẫn đến sự gia tăng tương ứng bề rộng lớp nghèo trên bề mặt của các dây nano ZnO.
Hình 3.9: Tính chất I-V (a) và sự phụ thuộc điện trở (b) của các cảm biến NiO/ZnO-H với thời gian lắng đọng NiO tại nhiệt độ 280C.
Hình 3.9a hiển thị tính chất I-V của các cảm biến ZnO-H, NiO(4min)/ZnO-H, NiO(8min)/ZnO-H, NiO(16min)/ZnO-H và NiO(24min)/ZnO-H tại nhiệt độ làm việc 280C. Kết quả cho thấy rằng tất cả các cảm biến đều thể hiện tính chất tiếp xúc Ohmic giữa lớp nhạy và điện cực Au. Q trình lắng đọng NiO trên bề mặt ZnO khơng làm ảnh hưởng đến tính chất tiếp xúc giữa lớp nhạy với điện cực Au. Điện trở của lớp nhạy có thể được ước lượng từ Hình 3.9a và vẽ trên Hình 3.9b. Kết quả cho thấy rằng điện trở của cảm biến tăng khi hàm lượng NiO tăng cao. Sự tăng điện trở của cảm biến khi nồng độ NiO biến tính trên bề mặt ZnO tăng lên có thể được giải thích bởi sự gia tăng lớp chuyển tiếp p-n trên bề mặt vật liệu ZnO, từ đó bề rộng vùng
nghèo của vật liệu tăng lên hay nói cách khác chúng làm hẹp kênh dẫn của lớp nhạy. Tuy nhiên khi thời gian lắng đọng Ni tăng quá cao (mẫu NiO(24min)/ZnO-H) điện trở của cảm biến giảm một cách đột ngột. Điều này có thể tính chất điện của mẫu bị ảnh hưởng bởi sự cạnh tranh giữa hai hiệu ứng: pha tạp mạnh và tiếp giáp p-n.