1.3.1.3 .Tính chất điện của vật liệu ZnO
1.4. CƠ CHẾ NHẠY KHÍ VÀ VAI TRÒ CỦA CHẤT XÚC TÁC NiO
1.4.3. Cơ chế nhạy khí của dây nano biến tính bề mặt trên cơ sở tiếp
xúc dị thể p-n
Tính chất nhạy khí của dây nano biến tính bề mặt đã được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây.
Hình 1.18: Cơ chế nhạy của dây nano biến tính trên cơ sở chuyển tiếp p-n. (a) Dây nano loại n biến tính với hạt nano loại p; (b) sự hình thành vùng nghèo của dây nano biến tính với nồng độ hạt tải của vật liệu biến tính lớn hơn nhiều so với dây nano; (c) trường hợp ngược lại; (d,e) mơ hình vùng năng lượng của dây nano và vật
liệu biến tính trước và sau khi biến tính [6].
Biến tính bề mặt dây nano ơ xít bán dẫn loại n với các hạt nano ơ xít bán dẫn loại p và ngược lại sẽ hình thành lớp chuyển tiếp p – n. Sự khuếch tán của điện tử (lỗ trống) do sự chênh lệch nồng độ giữa dây nano và hạt nano biến tính dẫn đến hình thành vùng nghèo ở điểm tiếp xúc giữa dây nano và hạt nano biến tính, các mức năng lượng ở bề mặt bị uốn cong (Hình 1.18). Các hạt nano biến tính ngồi hoạt tính xúc tác cịn tăng cường tính chất nhạy khí của vật liệu bằng cách mở rộng vùng nghèo của dây nano ở những điểm có phủ hạt nano biến tính. Chiều dày vùng nghèo có thể được xác định:
n p p bi n n p p n n 2ε ε N V W = qN (ε N +ε N ) (1.24) n p n bi p p p p n n 2ε ε N V W = qN (ε N +ε N ) (1.25)
Trong đó: Vbilà thế tiếp xúc của chuyển tiếp p-n được xác định bằng hiệu số cơng thốt điện tử Φn và Φp. Chiều dày của lớp nghèo có thể được điều khiển thông qua nồng độ hạt tải của dây nano. Dây nano loại n biến tính với hạt nano loại p, nếu có nồng độ hạt tải lớn hơn nhiều so với dây nano (Np>>Nn) thì chiều dày lớp nghèo sẽ mở rộng về phía dây nano, trường hợp này sẽ cải thiện độ đáp ứng với khí khử. Ngược lại, nếu hạt tải Np<< Nn thì lớp nghèo sẽ mở rộng về phía hạt nano biến tính, lúc này vật liệu sẽ cải thiện độ đáp ứng tốt với khí oxy hóa. Chiều dày lớp nghèo lúc này được xác định bởi
n bi n n 2ε V W = qN , p n bi p p 2ε N V W = qN [6].