1.5.2.1 .Cơ chế nhạy khớ chung của vật liệu oxit kim loại bỏn dẫn
1.5.2.2. Cơ chế nhạy khớ của vật liệu cấu trỳc nanomột chiều (dõy nano)
Vật liệu cú cấu trỳc nano một chiều cú đặc điểm chung là cú diện tớch bề mặt riờng lớn hơn so với cỏc cấu trỳc khỏc, nờn chỳng thường cú độ nhạy khớ cao hơn. Điểm khỏc biệt quan trọng của dõy nano (1 D) so với cấu trỳc nano 0 chiều (0 D) và 2 chiều (2 D) là cú hai chiều ở kớch thước nano một, chiều cũn lại (chiều dài dõy) thớch hợp cho quỏ trỡnh truyền tải điện. Do cú hai chiều ở kớch thước nano một nờn khớ cú tương tỏc xảy ra ở bề mặt sẽ ảnh hưởng đến độ dẫn của dõy nano. Ngồi ra, cỏc nghiờn cứu đó chỉ ra rằng, cỏc chuyển tiếp dõy-dõy cú vai trũ quyết định đến tớnh chất nhạy khớ của cảm biến dõy nano dạng mạng lưới [19].
Cơ chế nhạy khớ của dõy nano được giải thớch thụng qua sự hỡnh thành vựng nghốo điện tử ở lớp bề mặt. Khi dõy nano oxit kim loại bỏn dẫn đặt trong mụi trường khụng khớ thỡ cỏc phõn tử oxy sẽ hấp phụ trờn bề mặt và lấy cỏc điện tử ở vựng dẫn tạo thành lớp
16
nghốo điện tử trờn bề mặt. Trong mụi trường khớ khử thỡ chỳng sẽ phản ứng với cỏc ion oxy bề mặt (O-, O2- và O2-) đồng thời trả lại điện tử cho vựng dẫn của vật liệu làm cho lớp nghốo điện tử trờn bề mặt bị thu hẹp lại tức là độ dẫn của dõy nano sẽ tăng lờn. Cũn trong mụi trường khớ oxy húa, khi chỳng hấp phụ trờn bề mặt dõy nano sẽ xảy ra tương tỏc với cỏc ion oxy đồng thời lấy điện tử ở vựng dẫn làm cho lớp nghốo điện tử bị thu hẹp lại, khi đú độ dẫn của dõy nano sẽ giảm xuống. Cơ chế nhạy khớ của cảm biến trờn cơ sở dõy nano khi đặt trong mụi trường khớ khử và khớ oxy húa được chỉ ra trờn Hỡnh 1.10.
Hỡnh 1.10. Mụ hỡnh giải thớch cơ chế nhạy khớ của dõy nano.