KHẢO SÁT TÍNH CHẤT NHẠY UV-254NM VÀ HƠI VOCS CỦA

5. Cấu trúc của luận văn

3.2. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT NHẠY UV-254NM VÀ HƠI VOCS CỦA

CẢM BIẾN ZNO VÀ PT/ZNO DƯỚI SỰ CHIẾU XẠ UV

3.2.1.Tính chất hồi đáp UV-254nm của cảm biến ZnO và Pt/ZnO

Hình 3.7 và 3.8 lần lượt thể hiện sự thay đổi điện trở của các cảm biến cấu trúc nano ZnO tinh khiết và Pt(20)/ZnO dưới sự chiếu xạ UV có bước sóng 254nm tại nhiệt độ phòng (RT), 150, 200 và 250C trong điều kiện thổi không khí khô với tốc độ thổi 300 sccm.Tại nhiệt độ phòng, điện trở ban đầu của cảm biến Pt(20)/ZnO (~109) cao hơn khoảng 1 bậc so với cảm biến ZnO (~108). Điều này có thể là do tính chất xúc tác của các hạt Pt trong quá trình gia tăng các ion oxy hấp phụ trên bề mặt ZnO và/hoặc sự hình thành tiếp xúc Schottky giữa các hạt nano Pt và bán dẫn ZnO. Trong giai đoạn tắt UV-254nm để cho cảm biến hồi phục trở về điện trở ban đầu, sau đó gia tăng nhiệt độ của cảm

57

biến từ RT đến 250C, điện trở của cảm biến ZnO giảm (từ ~107 đến 2.106) trong khi điện trở của cảm biến Pt(20)/ZnO tăng rất nhanh (từ ~7.105 đến 5.108). Điện trở của cảm biến ZnO giảm khi nhiệt độ thực hiện tăng lên là tính chất tự nhiên của bán dẫn ZnO (loại n) do sự tăng nồng độ electron dưới kích thích nhiệt. Và dĩ nhiên độ linh động của electron cũng giảm đi nhưng không đáng kể so với sự tăng nồng độ electron. Điện trở của cảm biến Pt(20)/ZnO lại tăng rất nhanh khi nhiệt độ tăng. Điều này chúng tôi cho rằng nguyên nhân là do tính chất xúc tác rất tốt của các hạt nano Pt. Vai trò xúc tác của các hạt nano Pt thể hiện qua quá trình phân hủy các phân tử oxy thành dạng nguyên tử (Phương trình (3.1)). Sau đó, quá trình hấp phụ hóa học của các nguyên tử của oxy dễ dàng xảy ra trên bề mặt của vật liệu ZnO để tạo thành các ion oxy trên bề mặt ZnO do nhận electron từ dải dẫn của bán dẫn ZnO (Phương trình (3.2)). Sau khi quá trình hấp phụ và giải hấp của các ion oxy trên bề mặt lớp nhạy đạt trạng thái cân bằng, điện trở ban đầu của cả hai cảm biến (ZnO và Pt(20)/ZnO) tăng lên khi nhiệt độ giảm (từ 250C đến 150C) và đó là tính chất tự nhiên của bán dẫn như được giải thích ở trên.

2(gas)

O Pt 2 O (3.1)

(gas) ( )

O eZnOOads (3.2)

Độ hồi đáp UV-254nm của các cảm biến được định nghĩa trong luận văn này là tỉ số giữa điện trở của cảm biến trong tối (Rdark) và điện trở của cảm biến dưới sự chiếu xạ UV-254nm (R254) (hay là tỉ số giữa dòng điện đi qua của cảm biến dưới sự chiếu xạ UV-254nm (I254) và dòng điện đi qua cảm biến trong tối (Idark)). Độ hồi đáp UV-254nm của các cảm biến ZnO và Pt(20)/ZnO được tính toán và so sánh như trong Hình 3.9. Kết quả cho thấy độ hồi đáp UV-254nm của cảm biến Pt(20)/ZnO cao hơn so với cảm biến ZnO ở hầu hết các nhiệt độ làm việc của cảm biến được khảo sát. Điều này chúng tôi cho rằng nguyên nhân là do nồng độ hạt tải điện trong bán dẫn ZnO tăng lên trong cấu trúc Pt/ZnO dưới

58

sự chiếu bức xạ UV-254nm với sự đóng góp của: (1) các hạt tải điện quang sinh do sự chuyển dời vùng – vùng trong bán dẫn ZnO và (2) các electron quang sinh do sự dịch chuyển elctron từ các hạt nano Pt sang bán dẫn ZnO. Dưới sự chiếu bức xạ UV-254nm, các electron trong dải d của các hạt nano Pt bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn. Hay nói cách khác mức Fermi của kim loại Pt tăng lên và do đó công thoát của kim loại Pt giảm xuống. Khi đó có sự dịch chuyển electron từ các hạt nano kim loại Pt sang bán dẫn ZnO do điện trường tĩnh tại lớp tiếp giáp Pt và ZnO dẫn đến kết quả của sự tăng độ dẫn (hay giảm điên trở) của cảm biến. Trong khi đó đối với trường hợp cảm biến ZnO tinh khiết, quá trình tăng độ dẫn (hay giảm điện trở) chủ yếu chỉ là do sự tăng hạt tải quang sinh do hấp thụ vùng-vùng.

59

Hình 3.8. Tính chất nhạy UV-254 nm của cấu trúc nano Pt(20)/ZnO

Hình 3.9. Độ hồi đáp UV-254 nm của các cảm biến ZnO và Pt(20)/ZnO