Блог

Nov 11, 2023

Реакция обнаружения газа при облучении ионным лучом Ga

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 22351 (2022) Цитировать эту статью

652 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Тонкие пленки модифицированного ZnO, легированного галлием, индуцированные ионным пучком, изучаются для их применения в газовом зондировании. Тонкие пленки оксида цинка, легированного галлием, Ag9+ и Si6+ подвергались воздействию различных концентраций газообразного этанола и ацетона для целей измерения газов. Тонкий ZnO, легированный ионами Ag9+, был оптимизирован при различных рабочих температурах. Было замечено, что реакция на определение газа как для этанола, так и для ацетона увеличивается с увеличением флюенса ионов Ag9+. Это указывает на то, что быстрые тяжелые ионы улучшили чувствительность тонкой пленки ZnO, покрытой галлием, за счет уменьшения размера частиц. Облученные ионами Si6+ тонкие пленки ZnO, легированные Ga, также подвергались воздействию газообразного этанола и ацетона для целей измерения газа. По сравнению с тонкой пленкой, облученной ионами Ag9+, пленка, облученная пучком ионов Si6+, демонстрирует больший чувствительный отклик как на этанол, так и на газообразный ацетон.

Растущий интерес исследовательского сообщества в области газовых датчиков обусловлен необходимостью создания безопасной рабочей среды для человека, свободной от ядовитых, неприятных и горючих газов. Летучие органические газы, такие как ацетон, этанол и аммиак, известны как загрязнители помещений. Вдыхание этих газов сверх допустимого предела может быть небезопасным для человека. Поэтому стало необходимым обнаружить присутствие этих газов в среде обитания человека1. Следовательно, основной интерес заключается в разработке высокочувствительных и быстродействующих селективных датчиков газа. Датчики газа на основе металлооксидных полупроводников считаются одним из лучших вариантов благодаря своим многочисленным преимуществам, включая низкую стоимость, небольшой размер, быстрый отклик и время восстановления, простоту изготовления и высокую совместимость с микроэлектронной обработкой2,3. Открытие нанотехнологий расширило возможности заново изобрести процедуры и варианты дальнейшего совершенствования с точки зрения чувствительности и селективности газовых сенсоров на основе оксидов металлов. Одним из основных преимуществ металлооксидных полупроводниковых наночастиц является их высокое соотношение поверхности к объему. Поскольку чувствительный отклик сильно зависит от поверхности материалов, подвергающихся воздействию газов, ожидается, что тонкопленочный датчик на основе наноструктур превзойдет объемный датчик3.

Оксид цинка (ZnO) является одним из наиболее известных металлооксидных полупроводников с большой энергией связи экситонов 60 мэВ и широкой запрещенной зоной 3,37 эВ при температуре окружающей среды4. Из-за его распространенности в природе и исключительных электрических и оптических свойств он имеет широкий спектр применения в электронных и оптоэлектронных устройствах, таких как окна солнечных батарей, устройства на поверхностных акустических волнах и приложения для измерения газа5,6,7,8,9. Тонкая пленка ZnO более подходит для задач измерения газа из-за высокого отношения поверхности к объему, что позволяет адсорбировать больше газа для поверхностных реакций10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22.

Быстрое облучение тяжелыми ионами (SHI) вызвало интерес среди исследователей как инструмент для изменения структурных, электрических и оптических свойств материалов, тем самым значительно повышая эффективность устройств23,24,25,26. Ионно-лучевое облучение не меняет химический состав материала, но создает структурные дефекты, влияющие на концентрацию адсорбционных центров и способность адсорбции на поверхности материала. Таким образом, можно адаптировать структурные, электрические и оптические свойства материалов мишени, варьируя энергию и флюенс падающего ионного пучка26,27.

Целью данного исследования является изучение процедур разработки высокочувствительного газового сенсора для паров этанола и ацетона. С этой целью проанализированы время отклика и восстановления, чувствительность и селективность тонких пленок ZnO, легированных галлием, модифицированных ионным облучением.