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Nov 11, 2023

이온빔 조사된 Ga의 가스 감지 반응

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22351(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이온빔 유도 변형 갈륨 도핑 ZnO 박막은 가스 감지 응용 분야에 대해 연구되었습니다. Ag9+ 및 Si6+ 조사된 갈륨 도핑된 산화아연 박막은 가스 감지 용도를 위해 다양한 농도의 에탄올 및 아세톤 가스에 노출되었습니다. Ag9+ 이온 조사된 Ga 도핑된 ZnO 박막은 다양한 작동 온도에서 최적화되었습니다. Ag9+ 이온 플루언스가 증가함에 따라 에탄올과 아세톤 가스 모두에 대한 가스 감지 반응이 증가하는 것으로 관찰되었습니다. 이는 빠른 중이온이 입자 크기를 줄여 Ga-doled ZnO 박막의 감도를 향상시켰음을 나타냅니다. Si6+ 이온 조사된 Ga 도핑 ZnO 박막은 가스 감지 응용을 위해 에탄올과 아세톤 가스에도 노출되었습니다. Ag9+ 이온이 조사된 박막에 비해 Si6+ 이온빔이 조사된 막은 에탄올과 아세톤 가스 모두에 대해 더 큰 감지 반응을 나타냅니다.

가스 센서 분야에 대한 연구 단체의 관심이 높아지고 있는 이유는 유독성, 유해성 및 가연성 가스가 없는 안전한 인간 작업 환경의 필요성 때문입니다. 아세톤, 에탄올, 암모니아 등의 휘발성 유기 가스는 실내 오염 물질로 알려져 있습니다. 허용 한도를 초과하는 가스를 흡입하면 인체에 안전하지 않을 수 있습니다. 따라서 인간 환경에서 이러한 가스의 존재를 감지하는 것이 필수적입니다1. 따라서, 주요 관심은 매우 민감하고 빠르게 반응하는 선택적 가스 센서를 개발하는 것입니다. 금속 산화물 반도체 기반 가스 센서는 저렴한 비용, 작은 크기, 빠른 응답 및 복구 시간, 간단한 제조, 마이크로 전자 처리와의 높은 호환성 등 수많은 장점으로 인해 최고의 옵션 중 하나로 간주됩니다2,3. 나노기술의 발견으로 인해 금속 산화물 기반 가스 센서의 감지 반응 및 선택성 측면에서 추가 개선을 위한 절차 및 옵션을 재창조할 가능성이 높아졌습니다. 금속 산화물 반도체 나노입자의 주요 장점 중 하나는 표면 대 부피 비율이 높다는 것입니다. 감지 반응은 가스에 노출된 물질의 표면에 크게 의존하기 때문에 박막 나노 구조 기반 센서는 벌크 센서보다 성능이 뛰어날 것으로 예상됩니다3.

산화아연(ZnO)은 주변 온도에서 60meV의 큰 엑시톤 결합 에너지와 3.37eV의 광대역 에너지 갭을 갖는 가장 눈에 띄는 금속 산화물 반도체 중 하나입니다4. 자연이 풍부하고 뛰어난 전기적 및 광학적 특성으로 인해 태양 전지 창, 표면 탄성파 장치 및 가스 감지 응용 분야와 같은 전자 및 광전자 장치에 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. ZnO 박막은 표면 대 부피 비율이 높기 때문에 가스 감지 응용 분야에 더 적합하며 표면 반응10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22.

신속한 중이온 조사(SHI)는 재료의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 수정하여 장치 효율성을 크게 향상시키는 도구로서 연구자들의 관심을 불러일으켰습니다. 이온빔 조사는 재료의 화학적 구성을 변화시키지 않지만 흡착 캔터의 농도와 재료 표면의 흡착 용량에 영향을 미치는 구조적 결함을 생성합니다. 따라서 입사 이온빔의 에너지와 플루언스를 변경하여 표적 물질의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 조정하는 것이 가능합니다.

본 연구의 목적은 에탄올 및 아세톤 증기에 대한 고감도 가스 센서를 개발하기 위한 절차를 탐색하는 것입니다. 이를 위해 이온빔 조사에 의해 변형된 Ga 도핑 ZnO 박막의 응답 및 회복 시간, 감도 및 선택도를 분석했습니다.