Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo và tính chất nhạy khí của các cấu trúc dị thể của SnO2 và ống nano carbon

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm chế tạo được các cấu trúc dị thể của SnO2 và ống nano carbon (CNTs). Khảo sát được tính chất nhạy khí, tính chất điện và có những hiểu biết sâu sắc về cơ chế nhạy khí của chuyển tiếp dị thể giữa dây nano SnO2 và CNTs.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo và tính chất nhạy khí của các cấu trúc dị thể của SnO2 và ống nano carbon

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Quản Thị Minh Nguyệt NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA CÁC CẤU TRÚC DỊ THỂ CỦA SnO2 VÀ ỐNG NANO CARBON Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2019
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Văn Hiếu Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Năng Định Phản biện 2: GS.TS. Lưu Tuấn Tài Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Văn Hùng Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Quan Thi Minh Nguyet, Nguyen Van Duy, Nguyen Thi Phuong, Nguyen Ngoc Trung, Chu Manh Hung, Nguyen Duc Hoa, Nguyen Van Hieu (2017) Chemical Superior enhancement of NO2 gas response using n-p-n transition of carbon nanotubes/SnO2 nanowires heterojunctions, Sensors Actuators B. Chem., 238, pp. 1120-1127. [IF2017: 5.66]. 2. Quan Thi Minh Nguyet, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Van Hieu (2017) In-situ fabrication of SnO2 nanowires/carbon nanotubes heterojunctions based NO2 gas sensors, Journal of Science & Technology, 118, pp. 036-039. 3. Quan Thi Minh Nguyet, Nguyen Van Duy, Nguyen Duc Hoa, Dang Thi Thanh Le and Nguyen Van Hieu (SPMS2017) Room temperature NO2 gas sensor based on Schottky junctions made of SnO2 nanowires and MWCNTs, Proceeding of the 10th Vietnam national conference on solid state physics and materials science, pp. 416-419. 4. Quan Thi Minh Nguyet, Nguyen Van Duy, Chu Manh Hung, Nguyen Duc Hoa and Nguyen Van Hieu (2018) Ultrasensitive NO2 gas sensors using hybrid heterojunctions of multi-walled carbon nanotubes and on- chip grown SnO2 nanowires, Appl. Phys. Lett. 112, 153110. [IF2017: 3.49, Nature index].
GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mang lại nhiều cơ hội và thách thức cho nhân loại. Sự kết hợp của công nghệ trong các lĩnh vực vật lý, công nghệ số và sinh học sẽ tạo ra những thay đổi lớn, ảnh hưởng mạnh mẽ đến cuộc sống của con người. Công nghệ số của cách mạng 4.0 dựa trên ba nền tảng chính là Trí tuệ nhân tạo (AI), Kết nối vạn vật (Internet of Things) và Dữ liệu lớn (Big Data). Trong đó, Kết nối vạn vật đang thúc đẩy những nghiên cứu sâu rộng về nhiều loại thiết bị cảm biến hóa học cho phép thu thập và trao đổi dữ liệu, mở ra những xu hướng phát triển mới trong nhiều lĩnh vực [69] [82]. Vai trò của các loại cảm biến và đặc biệt là cảm biến khí đang trở nên quan trọng trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Tốt hơn, an toàn và dễ dàng hơn là những lợi ích mà cảm biến khí đem lại trong việc kiểm soát chất lượng không khí, quan trắc môi trường, cảnh báo các khí độc hại và dễ cháy nổ, chẩn đoán y tế, kiểm tra thực phẩm… Để tạo ra các thế hệ cảm biến khí thông minh trong cách mạng công nghiệp 4.0, cần thiết phải có những vật liệu nhạy khí ưu việt hơn, đặc biệt là khả năng phát hiện khí nồng độ thấp, hoạt động ở nhiệt độ thấp, tiêu thụ công suất thấp, dễ dàng tích hợp trong các mạch điện tử và giá thành rẻ. Các vật liệu ôxít kim loại bán dẫn đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực cảm biến khí do có những đặc trưng nhạy khí tốt, giá thành rẻ và công nghệ chế tạo đơn giản [89]. Cho đến nay, nhiều cấu trúc nano khác nhau của các ôxít kim loại bán dẫn đã được nghiên cứu chế tạo nhằm cải thiện đặc trưng của cảm biến khí như dây nano, thanh nano, ống nano, hạt nano và các cấu trúc nano dị thể [35] [57] [19] [40] [47]. Tuy nhiên, các cảm biến khí trên cơ sở ôxít kim loại bán dẫn thường hoạt động ở nhiệt độ cao (lớn hơn 100 oC) [69] [76]. Việc phát hiện ra các vật liệu nano carbon như ống nano carbon (CNTs), graphene với nhiều tính chất vật lý, hoá học và cơ học đặc biệt đã mở ra những hướng nghiên cứu mới [54]. Các vật liệu nano carbon với độ dẫn điện tốt ở nhiệt độ phòng, diện tích bề mặt riêng lớn, có khả năng nhạy với nhiều loại khí ở nhiệt độ phòng rất thích hợp để phát triển cảm biến khí hoạt động ở nhiệt độ thấp [45]. Tuy nhiên, do năng lượng liên kết giữa các phân tử khí với các vật liệu nano carbon là khá lớn [99], các phân tử khí hấp phụ rất khó để giải hấp, dẫn đến cảm biến thường có thời gian hồi phục rất lớn [25] [45]. Các kết quả nghiên cứu vật liệu lai giữa nano ôxít kim loại bán dẫn với vật liệu 1
nano carbon như pha tạp, composite, cấu trúc lõi vỏ, chuyển tiếp dị thể... cho thấy khả năng cải thiện đặc trưng nhạy khí so với các vật liệu riêng lẻ [55] [98] [28]. Trong đó, các cấu trúc chuyển tiếp dị thể trên cơ sở nano ôxít kim loại và vật liệu nano carbon thể hiện nhiều tính chất thú vị, thu hút sự quan tâm nghiên cứu trong nhiều ứng dụng [2] [64] [101]. Các vật liệu nano carbon có thể thể hiện tính chất bán dẫn loại p hoặc kim loại tuỳ thuộc vào cấu trúc [8] nên chuyển tiếp giữa vật liệu nano carbon và các ôxít kim loại bán dẫn có thể là p-n hoặc Schottky. Do sự chênh lệch công thoát điện tử giữa hai loại vật liệu, các chuyển tiếp này thường tồn tại rào thế, dưới tác động của một tác nhân bên ngoài sẽ làm thay đổi rất mạnh tính chất điện của hệ theo hàm mũ. Đây chính là tiền đề để ứng dụng các chuyển tiếp dị thể nano cho một số loại cảm biến có độ nhạy cao, đáp ứng nhanh và hoạt động ở nhiệt độ thấp. Từ những phân tích trên, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất nhạy khí của các cấu trúc dị thể của SnO2 và ống nano carbon”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo được các cấu trúc dị thể của SnO2 và ống nano carbon (CNTs). - Khảo sát được tính chất nhạy khí, tính chất điện và có những hiểu biết sâu sắc về cơ chế nhạy khí của chuyển tiếp dị thể giữa dây nano SnO2 và CNTs. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Chế tạo, khảo sát tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp giữa dây nano SnO2 và một số loại CNTs có đường kính khác nhau. - Khảo sát tính chất điện của chuyển tiếp SnO2/CNTs, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất nhạy khí và giải thích cơ chế nhạy khí của chuyển tiếp dị thể. 4. Phương pháp nghiên cứu Luận án được thực hiện dưa trên các phương pháp thực nghiệm. Dây nano SnO2 được mọc trực tiếp lên điện cực Pt bằng phương pháp CVD nhiệt. Vật liệu ống nano carbon chất lượng cao được mua ở dạng thương phẩm. Các chuyển tiếp dị thể được chế tạo bằng cách phủ CNTs lên trên điện cực đã mọc dây nano SnO2 bằng phương pháp phun phủ hoặc nhúng phủ. Các tính chất cơ bản của vật liệu như hình thái, vi cấu trúc được nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích như SEM, Raman. Tính chất điện của các chuyển tiếp dị thể được phân tích bằng phương pháp đo đặc trưng I-V, phổ tổng 2
trở IS. Các vi điện cực cũng như linh kiện cảm biến khí được chế tạo bằng công nghệ vi điện tử truyền thống như phương pháp quang khắc, phún xạ và ăn mòn. Tham số nhiệt độ có thể được điều khiển thay đổi trong quá trình đo. Tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp được nghiên cứu bằng kỹ thuật đo động (gas flow-through technique) sử dụng khí chuẩn có các giá trị nồng độ biết trước. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Các kết quả nghiên cứu của luận án đóng góp hiểu biết chung vào cộng đồng khoa học về cơ chế nhạy khí của các chuyển tiếp dị thể. Đồng thời, luận án cũng chứng minh được tiềm năng ứng dụng của các chuyển tiếp SnO2/CNTs trong cảm biến khí có độ đáp ứng cao và giới hạn phát hiện ở nồng độ rất thấp tại nhiệt độ phòng. Hơn thế nữa, các kết quả nghiên cứu đã được phản biện bởi các nhà khoa học trong và ngoài nước, được công bố trên các tạp chí chuyên ngành uy tín như Sensors and Actuator B và Applied Physics Letters. Điều này cho thấy, nội dung của luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn không chỉ trong nước mà trong cả cộng đồng khoa học quốc tế. 6. Những đóng góp mới của đề tài - Thiết kế và chế tạo thành công các chuyển tiếp dị thể kép SnO2/CNTs/SnO2 cho ứng dụng nhạy khí. Cấu trúc của cảm biến cho phép dễ dàng mọc dây nano trực tiếp trên các điện cực Pt răng lược, sau đó phủ CNTs để tạo thành chuyển tiếp. Cảm biến trên cơ sở các chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 có độ đáp ứng vượt trội so với các vật liệu SnO2 và CNTs riêng lẻ và có khả năng phát hiện khí NO2 ở nồng độ thấp cỡ ppb. - Chế tạo thành công các chuyển tiếp dị thể SnO2/MWCNTs có khả năng tăng cường mạnh mẽ độ đáp ứng với khí NO2. Các cảm biến trên cở sở chuyển tiếp dị thể đơn giữa SnO2 và các loại MWCNTs có đường kính khác nhau đều cho độ đáp ứng rất cao với khí NO2 ở các nồng độ dưới 1 ppm tại 50 oC khi chuyển tiếp hoạt động ở chế độ phân cực ngược. Độ đáp ứng của cảm biến trên cơ sở chuyển tiếp SnO2/MWCNTs(d: 20-40 nm) với 1 ppm khí NO2 lên tới 11300, cao gấp khoảng 100 lần so chuyển tiếp dị thể kép SnO2/MWCNTs(d: 20-40 nm)/SnO2. Hơn thế nữa, cảm biến chế tạo được có giới hạn đo khí ở nồng độ rất thấp cỡ 0,68 ppt. - Đã giải thích cơ chế nhạy khí của chuyển tiếp SnO2/CNTs dựa trên sự thay đổi rào thế và các trạng thái tâm bắt điện tích (nút khuyết ôxy trên bề mặt dây nano SnO2) tại tiếp xúc giữa hai vật liệu. 3
7. Cấu trúc của luận án: Gồm 4 chương CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Cơ sở lý thuyết chuyển tiếp dị thể 1.1.1. Chuyển tiếp Schottky 1.1.1.1. Rào thế Schottky Khi mức Fermi bị ghim, chiều cao rào thế không phụ thuộc vào công thoát của kim loại mà được quy định bởi mật độ trạng thái bề mặt của bán dẫn theo phương trình (1.7). 𝜙𝐵 = (𝐸𝑔 − 𝜙0 ) (1.7) 1.1.1.2. Dòng điện qua chuyển tiếp Schottky 𝑒𝑉 I = 𝐼0 (𝑒 𝑛𝑘𝑇 − 1) (1.11) 1.1.2. Chuyển tiếp dị thể p-n 1.2. Tổng quan cảm biến khí trên cơ sở chuyển tiếp dị thể Gần đây, do nhiều tính chất vật lý thú vị, các chuyển tiếp dị thể giữa dây nano ôxít kim loại bán dẫn và CNTs đang thu hút được quan tâm nghiên cứu ứng dụng trong nhiều loại linh kiện điện tử mới [64] bao gồm điốt hay siêu tụ trên đế có khả năng uốn dẻo [2] [13] [65] [68] [94], các thiết bị điện hoá [59], phát xạ trường [91]. Tuy nhiên, các cấu trúc này chưa thực sự được quan tâm nghiên cứu trong ứng dụng cảm biến khí. Mới chỉ có một số ít công trình nghiên cứu cảm biến khí trên cơ sở các chuyển tiếp giữa dây nano và CNTs. Nghiên cứu của tác giả Dai và cộng sự cho thấy chuyển tiếp dị thể giữa thanh nano α- Fe2O3 và CNTs có độ nhạy cao với khí aceton và giới hạn phát hiện tới nồng độ 500 ppb [21]. Nghiên cứu khác của tác giả Lupan và cộng sự cho thấy chuyển tiếp giữa dây nano ZnO và CNTs có thể phát hiện khí NH3 tại nhiệt độ phòng với giới hạn phát hiện là 400 ppb [51]. Nghiên cứu của tác giả Li và cộng sự cho thấy khả năng nhạy khí NO2 ở nhiệt độ phòng của cảm biến trên cơ sở chuyển tiếp giữa dây nano ZnO và điện cực tạo bởi kim loại m- SWCNTs [48]. Các kết quả nghiên cứu trong công trình này cho thấy chuyển tiếp ZnO/m-SWCNTs có đặc trưng nhạy khí tốt hơn so với chuyển tiếp ZnO/Au do sự hình thành rào thế Schottky tại tiếp xúc ZnO/m-SWCNTs. Độ đáp ứng của cấu trúc ZnO/m-SWCNTs với 2,5 ppm khí NO2 tại nhiệt độ phòng đạt khoảng 52 %. 4
Các chuyển tiếp dị thể, đặc biệt là chuyển tiếp giữa dây nano ôxít kim loại bán dẫn và CNTs có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong việc cải thiện các đặc trưng nhạy khí của cảm biến, trong đó nhiều cấu trúc có khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp. Hướng nghiên cứu phát triển các cấu trúc này trong ứng dụng nhạy khí hứa hẹn nhiều triển vọng. Chính vì thế, luận án tập trung nghiên cứu nhằm chế tạo được các chuyển tiếp dị thể giữa dây nano ôxít kim loại với CNTs tạo tiền đề phát triển các cảm biến hoạt động ở nhiệt độ thấp, có độ nhạy cao và giới hạn phát hiện khí nồng độ thấp. 1.3. Cơ chế nhạy khí của các chuyển tiếp dị thể Cho đến nay có rất nhiều cấu trúc lai của nhiều loại vật liệu khác nhau đã được nghiên cứu chế tạo. Các kết quả nghiên cứu đều chỉ ra các cấu trúc dị thể có khả năng cho những đặc trưng nhạy khí vượt trội so với vật liệu riêng lẻ. Để giải thích cơ chế nhạy khí của các cấu trúc này, hầu hết các công trình nghiên cứu đều cho rằng sự thay đổi chiều cao rào thế tại tiếp xúc giữa hai vật liệu đóng vai trò quyết định đến tính chất nhạy khí. Một mô hình nhạy khí khác của cấu trúc chuyển tiếp Schottky Pd-SiO2-Si do B.Keramati và J.N.Zemel [6] đưa ra có liên quan đến dòng xuyên hầm của hạt tải qua các vị trí các tâm bắt điện tích tại tiếp xúc giữa hai vật liệu. Trong nghiên cứu này, các tác giả khẳng định sự nhạy khí H2 liên quan đến ít nhất là hai loại tâm bắt ứng với mức năng lượng xấp xỉ 0,65 eV và 0,4 eV dưới đáy vùng dẫn với mật độ bão hoà cỡ 2.1012 cm-2. 1.4. Kết luận chương 1 Trong chương này, chúng tôi đã tổng quan những cơ sở lý thuyết cơ bản của chuyển tiếp dị thể để hiểu rõ về rào thế và những yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao rào thế của chuyển tiếp, hiểu được các cơ chế dòng đóng góp vào dòng điện qua chuyển tiếp. Mặt khác, tình hình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của để tài cũng được tổng hợp nhằm làm rõ tiềm năng ứng dụng của các chuyển tiếp dị thể trong lĩnh vực cảm biến khí. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Mô hình cấu trúc chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 và SnO2/CNTs Trong cấu trúc dị thể kép SnO2/CNTs/SnO2, dây nano SnO2 được chế tạo trực tiếp trên hai cực Pt có phủ xúc tác Au bằng phương pháp CVD nhiệt (Hình 2.1b). Trong cấu trúc SnO2/CNTs dây nano SnO2 chỉ được chế tạo trên một một bên điện cực (Hình 2.1d). Sau 5
đó CNTs được phủ lên các điện cực đã mọc dây nano để tạo thành các chuyển tiếp (Hình 2.1 c, e). Hình 2.1. Các bước chế tạo các chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 và SnO2/CNTs trên điện cực Pt. 2.2. Hoá chất Hoá chất được sử dụng trong luận án bao gồm bột Sn, bột CNTs đường kính khác nhau, chất hoạt động bề mặt P123, isopropanol, nước khử ion, aceton, khí ôxy, argon… 2.3. Phương pháp chế tạo dây nano SnO2 2.3.1. Thiết bị Luận án sử dụng hệ CVD nhiệt bao gồm lò nhiệt, buồng phản ứng là ống thạch anh, hệ điều khiển lưu lượng khí, bơm chân không, đầu đo chân không. 2.3.2. Quy trình chế tạo dây nano SnO2 trực tiếp trên điện cực Trong nghiên cứu này, dây nano SnO2 đã được mọc trực tiếp trên điện cực Pt phủ xúc tác Au bằng phương pháp CVD nhiệt từ vật liệu nguồn là bột Sn tinh khiết (Merck; 99,8%). Với nhiệt độ chế tạo là 750 oC, lưu lượng O2 0,3- 0,5 sccm, áp suất 10-2 Torr. 2.4. Chế tạo chuyển tiếp dị thể giữa dây nano SnO2 và CNTs Các chuyển tiếp dị thể SnO2/CNTs có thể được chế tạo bằng phương pháp nhúng phủ, phun phủ điện cực đã mọc dây SnO2 với dung dịch chứa CNTs phân tán hoặc tổng hợp trực tiếp CNTs trên điện cực bằng phương pháp hồ quang điện. 6
2.5. Khảo sát các tính chất của các chuyển tiếp SnO2/CNTs 2.5.1. Phân tích hình thái và khảo sát tính chất điện của chuyển tiếp Trong các phép đo đặc trưng nhạy khí, đặc trưng I-V và phổ tổng trở, chuyển tiếp SnO2/CNTs được phân cực bằng cách đặt điện áp DC lên hai điện cực như Hình 2.4. Chuyển tiếp được phân cực thuận bằng cách nối CNTs với cực (+) của nguồn, nối dây nano SnO2 với cực (-) và ngược lại trong trường hợp phân cực ngược. Hình 2.4. Sơ đồ đo điện cho cấu trúc chuyển tiếp SnO2/MWCNTs 2.5.2. Khảo sát tính chất nhạy khí Đặc trưng nhạy khí của các chuyển tiếp được khảo sát bằng phương pháp đo khí động. 2.6. Kết luận chương 2 Trong chương này, luận án đã trình bày phương pháp thực nghiệm và quy trình chế tạo dây nano SnO2 cũng như các chuyển tiếp dị thể SnO2/CNTs. Đồng thời, các phương pháp phân tích đặc trưng của vật liệu cũng được đề cập. Phương pháp đo khí sử dụng trong luận án được trình bày chi tiết. CHƯƠNG 3: HÌNH THÁI VÀ TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA CHUYỂN TIẾP DỊ THỂ KÉP SnO2/CNTs/SnO2 VÀ CHUYỂN TIẾP SnO2/CNTs 3.1. Mở đầu 3.2. Hình thái và tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp dị thể kép SnO2/CNTs/SnO2 3.2.1. Chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 có lớp CNTs chế tạo bằng phương pháp phun phủ. 3.2.1.1 Kết quả phân tích hình thái cấu trúc SnO2/CNTs/SnO2 Ảnh SEM trên Hình 3.1 (a) cho thấy các dây nano SnO2 chỉ mọc trên các điện cực Pt có phủ xúc tác Au, còn phần SiO2 hoàn toàn không có dây nano. Hình 3.1 (b) cho thấy các dây nano SnO2 tạo thành một lớp dày phủ kín điện cực Pt. Điều này nhằm đảm bảo yêu cầu CNTs chỉ tiếp xúc với dây nano SnO2 mà không tiếp xúc trực tiếp với các điện cực Pt. Ảnh SEM trên Hình 3.1(c-d) cho thấy sự 7
phân bố của MWCNTs và SWCNTs trên chip cảm biến, lớp CNTs đóng vai trò là lớp dẫn điện giữa hai điện cực. Hình 3.1. Ảnh FE-SEM của cấu trúc SnO2/CNTs/SnO2 trên điện cực Pt (a), dây nano SnO2 (b), SnO2/MWCNTs/SnO2 (c) và SnO2/SWCNTs/SnO2 (d). 3.2.1.2. Đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 Đặc trưng I-V của cảm biến trên cơ sở các vật liệu SnO2, SWCNTs, MWCNTs riêng lẻ trên điện cực Pt (Hình 3.3) có dạng tuyến tính, chứng tỏ tiếp xúc của SnO2 và CNTs với điện cực Pt có tính chất Ohmic. 9.0m Hình 3.3. Đặc trưng I-V của cảm MWCNTs SWCNTs 6.0m SnO2 3.0m biến trên cơ sở dây nano SnO2, SWCNTs và MWCNTs trong I (A) 0.0 không khí tại 200 oC. -3.0m -6.0m -9.0m -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 V(V) Đặc trưng I-V của cảm biến trên cơ sở chuyển tiếp dị thể SnO2/CNTs/SnO2 ở 150 oC trong không khí và trong 250 ppb NO2 được thể hiện trên Hình 3.4. Đặc trưng không tuyến tính của chuyển tiếp chứng tỏ sự hình thành rào thế tại tiếp xúc giữa hai vật liệu. SnO2/MWCNTs/SnO2 10m Kh«ng khÝ 250 ppb NO2 Hình 3.4. Đặc trưng I-V của cảm 1m biến SnO2/MWCNTs/SnO2 và 100µ SnO2/SWCNTs/SnO2 trong không khí và trong khí NO2 nồng độ 250 I (A) 10µ SnO2/SWCNTs/SnO2 Kh«ng khÝ ppm tại 150 oC 1µ 250 ppb NO2 100n 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 V(V) 8
3.2.1.3. Tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp SnO2/CNTs/SnO2 Hình 3.6 cho thấy, đáp ứng với khí NO2 nồng độ 250 ppb theo thời gian của các cảm biến phụ thuộc vào nhiệt độ. Độ đáp ứng của cảm biến tại 100 oC và 150 oC gần như bằng nhau. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên đến 200 oC, độ đáp ứng của các cảm biến đã giảm mạnh. 20 SnO2/SWCNTs/SnO2 100 C o Hình 3.6 Độ đáp ứng của SnO2/MWCNTs/SnO2 @250 ppb NO2 o 150 C 200 C o các cảm biến @250 ppb NO2 15 SnO2/SWCNTs/SnO2 và S (Rg/Ra) 10 SnO2/MWCNTs/ SnO2 với 250 ppb NO2 theo thời gian 5 tại các nhiệt độ khác nhau. 100 200 300 100 200 300 t (s) 3.2.2. Chuyển tiếp SnO2/SWCNTs/SnO2 có lớp SWCNTs chế tạo trực tiếp trên dây nano SnO2 bằng phương pháp hồ quang điện Hình 3.13a là đồ thị độ đáp ứng của cảm biến theo nồng độ khí tại nhiệt độ khác nhau, có thể thấy khi nồng độ tăng độ đáp ứng cũng tăng lên tuyến tính theo nồng độ. Ở 100 oC cảm biến có độ đáp ứng cao nhất, độ đáp ứng với nồng độ khí NO2 1 ppm khoảng hơn 50 lần. Đồ thị điện trở thay đổi theo thời gian của cảm biến trong môi trường khí NO2 với các nồng độ trong khoảng 0,1- 1 ppm tại 100 oC được trình bày trong Hình 3.13b, có thể thấy cảm biến có khả năng đáp ứng và hồi phục về nền với thời gian hồi đáp khá nhanh. 60 15.0M o 50 C (a) o SnO2/SWCNTs/SnO2@100 C (b) o 1 ppm 100 C 50 o 150 C o 200 C 40 10.0M S(Rg/Ra) 0.5 ppm R  30 20 5.0M 0.2 ppm 10 0.1 ppm 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 400 800 1200 1600 2000 2400 NO2 (ppm) t (s) Hình 3.13. Độ đáp ứng của cảm biến SnO2/SWCNTs/SnO2 theo nồng độ khí NO2 tại các nhiệt độ khác nhau (a) và sự thay đổi điện trở theo thời gian của cảm biến SnO2/SWCNTs/SnO2 với khí NO2 nồng độ 0,1-1 ppm tại 100 oC (b). 9
3.2.3. Cấu trúc SnO2/MWCNTs(d: 20-40 nm)/SnO2 có lớp MWCNTs chế tạo bằng phương pháp nhúng phủ Độ đáp ứng của cảm biến với 100 ppb NO2 đạt khoảng 8 lần ở nhiệt độ phòng và tăng khá tuyến tính khi tăng nồng độ khí (Hình 3.17). Đồng thời, khi tăng nhiệt độ, độ đáp ứng của cảm biến cũng tăng lên, ở 100 oC độ đáp ứng của cảm biến với 1 ppm khí NO2 đạt khoảng 116 lần. 150 Hình 3.17. Độ đáp ứng của 100 cảm biến SnO2/MWCNTs (d: S(Rg/Ra) 20-40 nm)/CNTs theo nồng độ 50 khí NO2 tại các nhiệt độ 25 oC, 0 50 oC và 100 oC. 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 NO2 (ppm) 3.3. Hình thái và tính chất nhạy khí của các cấu trúc SnO2/MWCNTs 3.3.1. Kết quả phân tích hình thái cấu trúc SnO2/MWCNTs Hình 3.18. Mô hình cấu trúc SnO2/MWCNTs (a), ảnh FE-SEM của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs trên điện cực (b), dây nano SnO2 trên điện cực Pt trước khi phủ MWCNTs (c), chuyển tiếp giữa dây SnO2 và MWCNTs (d< 10 nm) (d), MWCNTs (d: 20-40 nm) (e), MWCNTs (d: 60-100 nm) (f). Hình 3.18a là mô hình của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs với dây nano được mọc trực tiếp trên một điện cực Pt, sau đó MWCNTs được phủ lên dây nano SnO2 để hình thành nên các chuyển tiếp. Hình 3.18b là ảnh tổng quan của cấu trúc đã chế tạo được. Có thể thấy lớp MWCNTs (d: 20-40 nm) có dạng màng bám dính tốt trên điện cực và đóng vai trò là lớp dẫn điện giữa hai điện cực đã mọc dây nano SnO2 và điện cực không có dây. Hình 3.18c cho thấy hình thái của các dây nano SnO2 mọc trực tiếp trên điện cực bằng phương pháp CVD nhiệt trước khi phủ MWCNTs, các dây nano có kích thước tương đối đồng đều với đường kính khoảng 50- 100 nm. Dây nano SnO2 được chế tạo ở điều kiện thích hợp để có mật độ lớn, che phủ 10
kín điện cực Pt đảm bảo MWCNTs chỉ tiếp xúc với dây nano SnO2 mà không tiếp xúc trực tiếp với điện cực. Hình 3.18 (d-f) là ảnh FE- SEM độ phóng đại cao của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs, kết quả này chứng tỏ đã chế tạo thành công các chuyển tiếp dây nano với ba loại MWCNTs có đường kính khác nhau d< 10 nm, d: 20-40 nm và d: 60-100 nm. Mặt khác, có thể thấy MWCNTs tạo thành mạng lưới phân bố ngẫu nhiên phủ lên trên dây SnO2 để hình thành chuyển tiếp SnO2/MWCNTs. Độ dẫn tốt cũng như độ xốp cao của lớp CNTs chính là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả năng nhạy khí của các chuyển tiếp SnO2/CNTs. 3.3.2. Đặc trưng I-V của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs Kết quả đo đặc trưng I-V của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) trong không khí tại các nhiệt độ 25 oC, 50 oC và 100 o C được trình bày trên Hình 3.20. Có thể thấy, trong dải điện áp từ -2 V đến +2 V chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) thể hiện tính chỉnh lưu tại các nhiệt độ hoạt động từ 25 oC đến 100 oC. Do các chuyển tiếp SnO2/Pt và CNTs/Pt có tính chất Ohmic nên tính chất chỉnh lưu của cấu trúc là do sự hình thành rào thế tại tiếp xúc giữa dây nano SnO2 và MWCNTs(d:20-40 nm). 1.5m Hình 3.20. Đặc trưng I- SnO2/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ & 25 C o SnO2/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ &50 C o o 1.0m V trong không khí của SnO2/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ &100 C chuyển tiếp I(A) 500.0µ SnO2/MWCNTs (d: 20-40 0.0 nm) tại các nhiệt độ 25 o -500.0µ -2 -1 0 C, 50 oC và 100 oC. 1 2 V(V) 3.3.3. Đặc trưng nhạy khí của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) Độ đáp ứng với khí NO2 của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d:20-40 nm) theo nồng độ khí tại các nhiệt độ khác nhau được trình bày trên Hình 3.24. Kết quả phân tích cho thấy, cảm biến có độ đáp ứng rất cao với khí NO2 trong dải nồng độ 0,1-1 ppm ở nhiệt độ dưới 100 oC. Độ đáp ứng của cảm biến với 1 ppm NO2 tại nhiệt độ 50 oC lên đến 11300 lần, tại nhiệt độ 25 oC và 100 oC cảm biến có độ đáp ứng lần lượt là 7200 và 800 lần. Hơn thế nữa, độ đáp ứng của các cảm biến SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) tăng tuyến tính theo nồng độ khí từ 0,1 đến 1 ppm NO2. 11
o @25 C 12000 o @50 C o @100 C 10000 S(Rg/Ra) 8000 Hình 3.24. Độ đáp ứng của 6000 chuyển tiếp SnO2/MWCNTs 4000 (d: 20-40 nm) theo nồng độ khí tại các nhiệt độ khác 2000 0 0.2 0.4 0.6 NO2 (ppm) 0.8 1.0 nhau. 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của mật độ CNTs lên tính chất nhạy khí của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) Độ đáp ứng với 0,1 ppm khí NO2 tại 100 oC của các chuyển tiếp có chiều dày lớp MWCNTs (d: 20-40 nm) khác nhau được trình bày trên Hình 3.29 b. Có thể thấy khi chiều dày MWCNTs (d: 20-40 nm) tăng lên thì độ đáp ứng khí cũng tăng lên. Mẫu có lớp MWCNTs (d: 20-40 nm) ứng với 10 lần nhúng có độ đáp ứng với 0,1 ppm NO2 khoảng 100 lần, khi tăng lên 20 lần nhúng độ đáp ứng tăng lên 200 lần, với mẫu có mật độ tương ứng với 30 lần nhúng cho độ đáp ứng lên đến hơn 10 000 lần. Tuy nhiên, tiếp tục tăng mật độ MWCNTs lên 40 lần nhúng thì độ đáp ứng lại giảm xuống khoảng 2000 lần. 10000 x10 x20 x30 x40 1000 Hình 3.29. Độ đáp ứng với 0,1 S(Rg/Ra) 100 ppm khí NO2 tại 100 oC của các 10 chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20- (b) 40 nm) có chiều dày lớp CNTs 1 200 300 400 t(s) 500 600 khác nhau. 3.3.5. Đặc trưng nhạy khí của các cấu trúc SnO2/MWCNTs với MWCNTs có đường kính khác nhau. Đồ thị độ đáp ứng của phụ thuộc vào nồng độ khí NO2 0,1- 1 ppm tại 50 oC ở chế độ phân cực ngược của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d< 10 nm), SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm), SnO2/MWCNTs (d: 60-100 nm) và SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm)/SnO2 được tổng hợp trong Hình 3.34. Kết quả phân tích cho thấy, độ đáp ứng của các chuyển tiếp dị thể đơn SnO2/MWCNTs khác nhau khi thay đổi đường kính CNTs. Cấu trúc chuyển tiếp giữa dây nano SnO2 và MWCNTs đường kính 20-40 nm thể hiện độ đáp ứng vượt trội so với chuyển tiếp sử dụng CNTs đường kính d< 10 nm và 60-100 nm. Mặt khác, từ các kết quả khảo sát tính chất nhạy khí của các chuyển tiếp có thể thấy cấu trúc chuyển tiếp dị thể kép 12
SnO2/MWCNTs(d:20-40 nm)/SnO2 có độ đáp ứng với 1 ppm khí NO2 khoảng 116 lần, giá trị này thấp hơn tất cả các cấu trúc chuyển tiếp dị thể đơn SnO2/MWCNTs. 12000 SnO2/MWCNTs(d
hầu hết các công bố hiện nay, cơ chế nhạy khí được cho là do sự thay đổi chiều cao rào thế của chuyển tiếp. Chính vì thế, trong chương này luận án đi sâu phân tích các tính chất điện của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs để làm rõ các vấn đề như rào thế có phải là yếu tố quyết định đến cơ chế nhạy khí của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs hay không? Tại sao phân cực ngược lại nhạy hơn phân cực thuận? Các tính chất khác của vật liệu như đường kính dây nano ôxít kim loại bán dẫn, đường kính CNTs, mật độ CNTs...ảnh hưởng tới khả năng nhạy khí như thế nào? 4.2. Phân tích đặc trưng I-V của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs 4.2.1. Phân tích đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs trong không khí Để xác định vai trò của dây nano SnO2 đối với tính chất điện của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm), dây nano SnO2 được chế tạo ở các điều kiện khác nhau để so sánh. Mẫu có ký hiệu SnO2 (0.3 sccm O2)/MWCNTs (d: 20-40 nm) và SnO2 (0.5 sccm O2)/MWCNTs (d: 20-40 nm) tương ứng với dây nano SnO2 chế tạo ở các điều kiện lưu lượng thổi khí O2 trong quá trình CVD nhiệt là 0,3 sccm và 0,5 sccm. Mẫu SnO2 (U-O2)/MWCNTs (d: 20-40 nm) là mẫu có dây nano SnO2 chế tạo ở điều kiện lưu lượng thổi khí O2 trong quá trình CVD nhiệt là 0,5 sccm và sau đó tiếp tục được ủ trong môi trường khí O2 ở 750 oC thời gian 4h. Đặc trưng I-V của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) có dây nano SnO2 chế tạo ở các điều kiện khác nhau được trình bày trên Hình 4.2. Kết quả phân tích cho thấy, dòng qua chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm), đặc biệt là dòng ngược giảm mạnh khi dây nano SnO2 chế tạo ở điều kiện giàu ôxy hơn hay ủ trong môi trường khí ôxy. 1.5m SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) 1m SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) 100µ 1.0m 10µ 1µ I(A) 500.0µ I(A) 100n 10n 0.0 1n SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) 100p SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) (a) SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) (b) -500.0µ 10p -2 -1 0 1 2 -2 -1 0 1 2 V(V) V(V) Hình 4.2. Đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) với dây nano SnO2 chế tạo tại các điều kiện ôxy khác nhau (a), vẽ theo thang log (b). 14
Từ đặc trưng I-V có thể xác định được các thông số của điốt như dòng rò bão hoà, hệ số lý tưởng, chiều cao rào thế và điện trở nối tiếp. Giá trị các thông số đặc trưng của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) với dây nano SnO2 chế tạo ở các điều kiện công nghệ khác nhau được trình bày trong Bảng 4.1. Bảng 4.1. Các thông số đặc trưng của các chuyển tiếp SnO2/MWCNTs với dây nano SnO2 chế tạo ở các điều kiện khác nhau xác định bằng lý thuyết nhiệt phát xạ từ đường đặc trưng I-V trong không khí ở nhiệt độ 50 oC. SnO2(0.3 sccm SnO2(0.5 sccm SnO2(U- Thông O2)/MWCNTs O2)/MWCNTs O2)/MWCNTs số (d: 20-40 nm) (d: 20-40 nm) (d: 20-40 nm) -5 -6 Io(A) 1,92.10 2,91.10 2,95.10-7 n 6,02 4,20 2,45 Rs (Ω) 1162 1121 3764 qϕB (eV) 0,60 0,68 0,82 4.2.2. Ảnh hưởng của khí tới tính chất điện của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs Để nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường khí tới các thông số của chuyển tiếp SnO2/MWCNTs, đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2 (0.3 sccm O2)/MWCNTs (d: 20-40 nm) được khảo sát tại 50 oC trong các môi trường khí NO2 nồng độ 0,25 ppm và H2S nồng độ 0,25 ppm. Kết quả phân tích trên Hình 4.7 cho thấy, trong môi trường khí NO2 dòng qua chuyển tiếp giảm đi so với trong không khí. Ngược lại, trong môi trường khí H2S dòng qua chuyển tiếp tăng lên so với trong không khí. Đồng thời, sự thay đổi của dòng ngược trong các môi trường khí lớn hơn so với dòng thuận. 2.0m SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25ppm H2S & 50 C o SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25ppm NO2& 50 C o o 1m SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ & 50 C 1.0m 100µ 10µ 1µ I(A) 0.0 I(A) 100n 10n -1.0m 1n SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25ppm H2S & 50 C o o SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25ppm NO2& 50 C 100p o SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ & 50 C (a) (b) -2.0m 10p -2 -1 0 1 2 -2 -1 0 1 2 V(V) V(V) Hình 4.7. Đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2 (0.3 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) trong không khí, khí NO2 nồng độ 0,25 ppm và H2S nồng độ 0,25 ppm tại 50 oC (a) và vẽ theo thang log (b). 15
Các thông số của chuyển tiếp SnO2 (0.3 sccm O2)/MWCNTs (d:20-40 nm) trong các môi trường không khí, NO2 0,25 ppm và H2S 0,25 ppm xác định được bằng cách phân tích đặc trưng I-V theo lý thuyết nhiệt phát xạ được tổng hợp trong Bảng 4.2. Có thể thấy trong môi trường NO2, rào thế và điện trở nối tiếp của chuyển tiếp tăng lên, dòng rò bão hoà và hệ số lý tưởng của chuyển tiếp giảm mạnh so với trong không khí, chứng tỏ chuyển tiếp SnO2/MWCNTs (d: 20-40 nm) có tính chỉnh lưu tốt hơn. Ngược lại, trong môi trường khí H2S, chiều cao rào thế giảm, dòng rò bão hoà tăng lên, hệ số lý tưởng và điện trở nối giảm xuống. Như vậy, môi trường khí tác động đến tất cả các thông số đặc trưng của chuyển tiếp. Tuy nhiên, nếu xét riêng điện trở nối tiếp tức là điện trở do dây nano SnO2 và MWCNTs (d: 20-40 nm) gây ra, thì sự tăng điện trở từ giá trị 1162 Ω trong không khí lên giá trị 3291 Ω trong môi trường NO2 không thể lý giải cho độ đáp ứng rất cao của chuyển tiếp khi khảo sát tính nhạy khí với NO2. Điều này chứng tỏ, sự đóng góp của do nhạy khí của dây nano SnO2 và MWCNTs (d: 20-40 nm) là không đáng kể, ở đây độ đáp ứng cao của các cấu trúc SnO2/CNTs được quyết định bởi tính chất của tiếp xúc giữa dây nano SnO2 và CNTs. Bảng 4.2. Các thông số của chuyển tiếp SnO2 (0.3 sccm O2)/MWCNTs (d: 20-40 nm) trong các môi trường khác nhau: không khí, NO2 0,25 ppm và H2S 0,25 ppm. SnO2/MWCNTs Không 0,25 ppm 0,25 ppm (d: 20-40 nm) khí NO2 H2S Io(A) 1,92.10-5 5,89.10-9 1,39.10-4 n 6,02 3,46 5,65 Rs (Ω) 1162 3291 900 qϕB (eV) 0,60 0,78 0,51 Ảnh hưởng của khí đến tính chất của các chuyển tiếp SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm) được trình bày trong Hình 4.10. Do dòng rò của chuyển tiếp ở điện áp phân cực ngược nhỏ hơn 2 V chỉ khoảng vài chục μA nên ngay trong môi trường NO2 nồng độ 0,1 ppm dòng rò của chuyển tiếp đã giảm mạnh xuống dưới 10 nA, có thể vượt ngưỡng giới hạn đo của thiết bị. Ngược lại, với khí H2S dòng rò lại tăng lên khi tăng nồng độ khí từ 0,1 ppm đến 1 ppm. So 16
sánh với mẫu SnO2(0.3 sccm O2)/MWCNTs (d: 20-40 nm), có thể thấy khi dòng rò giảm đi thì dải nồng độ đo khí NO2 bị thu hẹp lại, còn với khí H2S có thể đo được dải rộng hơn. 10m 2.0m SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@ 1ppm H2S SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.5 ppm H2S 1m SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25 ppm H2S SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.1 ppm H2S 100µ SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.1 ppm NO2 1.0m SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ 10µ I(A) 1µ I(A) 100n 0.0 SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@ 1ppm H2S 10n SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.5 ppm H2S SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25 ppm H2S SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.1 ppm H2S 1n (b) SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.1 ppm NO2 SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ (a) 100p -1.0m -2 -1 0 1 2 -2 -1 0 1 2 V(V) V(V) Hình 4.10. Đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2(0.5 sccm O2)/MWCNTs (d: 20-40 nm trong không khí, NO2 0,1 ppm và H2S 0,25 ppm (a), vẽ theo thang log (b). Đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2 (U-O2)/MWCNTs (d: 20- 40 nm) trình bày trong Hình 4.11. Dòng rò của mẫu rất nhỏ, ở điên áp phân cực ngược -2 V nhỏ hơn 1 μA nên rất khó để đo khí NO2 ở điện áp phân cực ngược nhỏ hơn 2V do dòng rò sẽ giảm mạnh, vượt giới hạn đo của thiết bị. Đồng thời, với khí H2S dòng rò tăng lên khi tăng nồng độ khí nhưng đến nồng độ khí 1 ppm đặc trưng I-V đã gần như tuyến tính hoàn toàn. 2.0m o SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@1 ppm H2S&50 C SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.5 ppm H2S&50 C o 1m o SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25 ppm H2S&50 C o 1.0m SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.1 ppm H2S&50 C 100µ o SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ &50 C 10µ I(A) I(A) 0.0 1µ 100n o SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@Kh«ng khÝ &50 C -1.0m SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.1 ppm H2S&50 C o o SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.25 ppm H2S&50 C 10n o SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@0.5 ppm H2S&50 C o (a) SnO2(U-O2)/MWCNTs(d:20-40 nm)@1 ppm H2S&50 C -2.0m 1n -2 -1 0 1 2 -2 -1 0 1 2 V(V) V(V) Hình 4.11. Đặc trưng I-V của chuyển tiếp SnO2(U- O2)/MWCNTs (d:20-40 nm) không khí và H2S 0,25 ppm (a), vẽ theo thang log (b) 4.3. Cơ chế dòng điện qua chuyển tiếp SnO2/MWCNTs Sự tăng cường của dòng ngược trong các chuyển tiếp không lý tưởng đã được nghiên cứu trong nhiều công trình. Trong đó, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra cơ chế xuyên hầm qua tâm bắt đóng vai trò quan trọng đối với sự gia tăng của dòng ngược trong các cấu trúc Schottky thực [87] [53] [36]. Trong nghiên cứu này, do dây nano SnO2 là bán dẫn có vùng cấm rộng (3,6 eV tại 300 K) [43] và nồng 17