ساخت حسگر گاز مونوکسید کربن با استفاده از لایه نازک اکسید روی

اکسید روی ماده ای نیمه هادی با خواص فیزیکی منحصربه فرد، کاربردهای فراوانی در صنعت و پزشکی دارد. به طوری که در ساخت الکترودها، بلورهای فوتونی، آشکار سازهای نوری، حسگرهای گازی، سلول های خورشیدی، کاتالیزورها و واریستورها از این ماده استفاده می شود. روش های متنوعی برای تولید آزمایشگاهی اکسید روی به صورت توده ای، لایه نازک و نانو لوله، پیشنهاد شده است. در این پژوهش، لایه های نازک روی به روش کندوپاش مگنترونی روی زیر لایه کوارتز نهشته شد. سپس، نانوذرات اکسید روی، از حرارت دادن لایه نازک روی در هوا، در دماهای مختلف متفاوت تولید شد و ویژگی های فیزیکی از جمله ویژگی های ساختاری، اپتیکی و الکتریکی لایه های نانوساختار اکسید روی جهت ساخت حسگر گازی مقاومتی بررسی گردید. جهت بررسی مشخصات ساختاری نانو ذرات اکسید روی، یک ارزیابی مقایسه ای متوسط اندازه دانه های بدست آمده از اندازه گیری مستقیم میکروسکوپ الکترونی روبشی و تحلیل پهنای پیک های، طیف پراش پرتو ایکس انجام گرفت. آنالیز الگوهای پراش پرتوایکس این لایه ها ساختار بلوری هگزاگونال ورتسایت را تایید کردند. بررسی تصویر sem لایه های بازپخت شده تشکیل نانو ذرات کروی تایید می شود. اندازه ذرات و کرنش شبکه با استفاده از تحلیل پهن شدگی و گسترش پیک های نانو ذرات اکسید روی، با دو روش مختلف ویلیامسون-هال و شرر مطالعه شد. این نتایج با نتایج حاصل از تحلیل تصاویر sem، هم خوانی خوبی دارند. بررسی طیف فرابنفش و محاسبه پارامترهای نوری نشان داد که تغییر دمای باز پخت به عنوان یک عامل تاثیر گذار در خواص نوری لایه های نازک اکسید روی با کیفیت بالا مطرح است. همچنین تغییر گاف انرژی باند اپتیکی بر حسب دمای بازپخت با استفاده از نظریه برشتاین-ماس مطابقت دارد. در بررسی خواص الکتریکی لایه های نازک با روش هال و دستگاه پروب چهار سوزنی مشاهده شد که با افزایش دمای بازپخت تا دمای °c 500 چگالی حامل ها افزایش می یابد که با توجه به نتایج حاصل از گاف انرژی توجیه می شود. همچنین از طیف های xrd و تصاویر sem این لایه-ها این مساله قابل توجیه است زیرا چگالی حامل ها تحت تاثیر بلورینگی این لایه ها قرار می گیرد. با جمع بندی نتایج حاصل از بررسی خواص فیزیکی لایه ها، نتیجه می شود که در لایه نازک بازپخت شده در دمای°c 500، اندازه نانو ذرات نسبت به بقیه نمونه ها کوچکتر و آثار کلوخه شدن و توده شدگی ذرات در آن کمتر است، به همین دلیل بیشترین تخلخل و تهیجاهای اکسیژن را در ساختار کریستالی خود دارد که باعث حضور الکترون در نوار هدایت و بالا رفتن ضریب هدایت کریستال می گردند. همچنین مطابق نظریه برشتاین-ماس، گاف باندی بزرگ تر، از افزایش چگالی حامل با استفاده از تهی جاهای اکسیژن (هر تهی جای اکسیژن دو الکترون آزاد می دهد) ناشی می شود. در نتیجه لایه نازک بازپخت شده در دمای °c 500 بهترین خواص را جهت ساخت حسگر گازی نشان داد. از بررسی و تحلیل آزمایشات و نتایج حسگر برای گازهای کربن دی اکسید، کربن مونوکسید و اتانول با غلظت های مختلف 1000، 500 ، 300 وppm 100، حساسیت حسگری برای غلظت های مختلف گاز مونوکسید کربن بیشتر از دو گاز دیگربوده است و همچنین این آزمایش ها نشان داد که می توان با بهینه کردن سایر شرایط لایه نشانی و خواص حسگری از لایه های نازک نانوساختار اکسید روی برای تولید انبوه حسگر گاز co استفاده کرد.