2.1. Hình thái và các ước chính trong chế tạo điện cực
2.1.1. Hình thái của điện cực
Hình thái và cấu trúc của điện cực được nghiên cứu và thiết kết trong luận án là sự kế thừa và phát triển trên cơ sở các công trình nghiên cứu đã được công bố của nhóm nghiên cứu cảm biến khí Viện ITIMS. Trong phạm vi của luận án, nghiên cứu sinh đã lên ý tưởng thiết kế hai loại điện cực cho cảm biến tự đốt nóng. Điện cực có cấu trúc gối đầu lên nhau và tạo ra vùng diện tích hiệu dụng nhạy khí lớn như Hình 2.1, do đó c ng suất hoạt động của cảm biến lớn.
Hình 2.1. Cấu hình điện cực của cảm biến loại I.
Trên cơ sở này nghiên cứu sinh đã phát triển loại chíp cảm biến có hình thái, cấu trúc điện cực như Hình 2.2 là cảm biến loại G. Theo nguyên tắc chung, vùng diện tích nhạy khí có mật độ dây nano thấp sẽ tiêu thụ công suất thấp, nên trên chíp cảm biến G được thiết kế có 4 cảm biến có vùng diện tích hiệu dụng khác nhau là G1, G2, G3 và G4. Các cảm biến này có bề rộng giống nhau ở đỉnh điện cực là 10 μm, khoảng cách
41
giữa hai đỉnh của điện cực tương ứng với các cảm biến lần lượt là 2, 5, 10 và 20 μm, như Hình 2.2.
Hình 2.2. Cấu hình điện cực của cảm biến loại G.
Quan sát trên Hình 2.2 có thể thấy rằng, vùng diện tích hiệu dụng nhạy khí của cỏc cảm biến G1, G2, G3 và G4 là 20 àm2, 50 àm2, 100 àm2và 200 àm2. Mục đớch của việc chế tạo các cảm biến có vùng diện tích hiệu dụng khác nhau là nhằm nghiên cứu công suất hoạt động của các cảm biến khi ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng.
Với cấu trúc của cảm biến dạng G có thể thấy rằng việc chế tạo đã được đơn giản hóa đi rất nhiều trong thiết kế, điều này sẽ giúp làm giảm giá thành của sản phẩm khi hướng tới mục tiêu thương mại. Đặc biệt hơn, trong thiết kế cho cảm biến tự đốt nóng dạng I hoặc G như mô tả, nghiên cứu sinh mong muốn hướng tới mục tiêu phát triển một dạng đa cảm biến mới (multisensor). Nghĩa là trên một chíp cảm biến sẽ được thiết kế nhiều cảm biến, sao cho đặc trưng nhạy khí của mỗi cảm biến trên chíp sẽ được điều khiển bởi công suất hoạt động của nó.
2.1.2. Các bước chính trong chế tạo điện cực
Các cặp điện cực được tạo ra trên nền thủy tinh với kích thước 15 mm x 10 mm, cú chiều dày 500 àm bằng cỏc cụng nghệ vi điện tử th ng thường. Bao gồm cỏc ước lắng đọng một lớp cảm quang (PR) bằng phương pháp quay phủ, đặt mặt nạ có mẫu của cặp điện cực, chiếu bởi tia cực tím (UV), loại bỏ vùng đã được chiếu UV. Tiếp
42
theo là ước lắng đọng điện cực bằng phương pháp phún xạ 4 lớp tạo điện cực. Các ước chính trong chế tạo điện cực cho cảm biến được mô tả như Hình 2.3.
Hình 2.3. Các bước chính trong chế tạo điện cực cho cảm biến loại G.
Với cấu trúc cảm biến loại G, 4 lớp điện cực gồm Cr (10 nm)/Pt (30 nm)/Au (10 nm)/Pt (50 nm)/ITO (20 nm). Trong đó, lớp Cr (10 nm) nhằm tằng cường độ bám dính giữa nền thủy tinh và lớp Pt (30 nm) thứ nhất, mục đích của lớp Pt (50 nm) thứ 2 là để bảo vệ lớp Au (10 nm) đồng thời cũng giúp tăng độ dẫn của cảm biến. Phía trên lớp Pt thứ 2 sẽ được phủ lớp ITO(20 nm), mục đích là tránh cho dây nano SnO2 mọc trên lớp Pt này.
Trong cấu trúc này lớp Au (10 nm) vẫn sẽ là chất xúc tác cho sự phát triển của dây nano SnO2. Tuy nhiên, trong thiết kế và chế tạo này nghiên cứu sinh đã có những thay đổi mang tính căn ản toàn bộ cấu trúc của điện cực. Với thiết kế này, các dây nano SnO2 chỉ phát triển từ rìa của điện cực mà không phát triển trên toàn bộ điện cực như các c ng trình nghiên cứu trước đây [87,88] , như Hình 2.4 là điện cực thành phẩm
(1) Đế thủy tinh
(2) Phủ lớp cảm quang
(3) Quang khắc tạo hình
điện cực
(4) Hiện hình
(5) Phún xạ các lớp Cr/Pt/Au/ITO
(6) Điện cực sau khi Lift-
off