Improvement in the Gas Detection Capacity of ZnO-based Sensor: Impact of Static Potential

Abstract

Виявлення газу за допомогою наноматеріалів на основі металоксид-напівпровідників (МОП) набуває все більшої популярності. Серед численних МОП-транзисторів ZnO є можливим кандидатом для виявлення газу. Найчастіше повідомляється про газовий сенсор на основі ZnO, що працює за високих робочих температур. Оскільки робота за високих температур знижує довготривалу стабільність сенсора, необхідно провести більше досліджень для розробки газового сенсора для кімнатної температури. Через низьку теплову енергію за кімнатної температури, доступність електронів на поверхні ZnO та адсорбція молекул кисню є низькими, що призводить до низької реакції на газ. У цьому проспекті повідомляється про новий метод підвищення ефективності газового сприйняття на основі МОП-транзисторів за кімнатної температури. У цій роботі плівку ZnO було синтезовано методом розпилювального піролізу та охарактеризовано за допомогою рентгенівської дифракції (XRD), УФ-видимої спектроскопії та скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). Статичний потенціал 0-24 В було прикладено до нанесеної на наноструктуровану плівку ZnO, щоб збільшити її здатність до адсорбції кисню на її поверхні, а потім її здатність до сприйняття аміаку була виміряна за кімнатної температури. Вимірювання газового зондування показали покращення газової реакції з 30,290 ± 0,042 при 0 В до 54,581 ± 0,062 при 24 В. Також було продемонстровано швидку реакцію з часом реакції/відновлення 4/338 при 24 В. Таким чином, у цьому звіті стверджується, що застосування постійного потенціалу може бути одним із корисних альтернативних методів отримання газового сенсора на основі МОН, який працює зі значною реакцією.

The gas detection using metal oxide semiconductor (MOS) nanomaterials is rising. Among numerous MOS, ZnO is a feasible candidate for gas detection. ZnO-based gas sensor working at high operating temperatures is mostly reported. As the high-temperature operation reduces the long-term stability of the sensor, more research work has to be done to develop a room-temperature gas sensor. Because of low thermal energy at room temperature, the availability of electrons on the ZnO surface and the adsorption of oxygen molecules is low, which results in the low gas response. In this prospectus, this work reports a novel method of enhancing the gas sensing efficacy of MOS-based gas sensors at ambient temperature. In this work, the ZnO film was synthesized adopting the spray pyrolysis route and was characterized by X-ray diffraction (XRD), UV-Visible spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). The static potential of 0-24 V was applied to the spray-coated nanostructured ZnO film to increase its oxygen adsorption capacity on its surface, and then its ammonia sensing ability was measured at ambient temperature. The gas sensing measurements showed the enhancement of gas response from 30.290 ± 0.042 at 0 V to 54.581 ± 0.062 at 24 V. It also showed quick response with a response/recovery time of 4/338 at 24 V. Thus, this report claims that the application of DC potential could be one of the useful alternative methods of achieving a MOS-based gas sensor working with a significant response.