طراحی و ساخت حسگر‌ گاز با پاسخدهی سریع و حساسیت بالا مبتنی بر اتصال ناهمگون شاتکی نانولوله‌های کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و رباتیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 استادیار گروه الکترونیک، دانشکده مهندسی برق و رباتیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در این تحقیق یک حسگر گاز با حساسیت و سرعت پاسخدهی بالا مبتنی بر اتصال ناهمگون پیشنهاد شده است. برای پیاده‌سازی اتصال شاتکی ناهمگون طلا/نانولوله‌کربنی/تیتانیوم، نانولوله‌های کربنی به‌روش لایه‌نشانی بخار شیمیایی تقویت‌شده با پلاسما بر روی زیرلایه اُکسیدسیلیکن، بصورت عمودی رشد یافتند. برای مطالعه مشخصه‌های سطحی ساختار، عکس‌برداری الکترون روبشی برای نشان‌دادن تراکم و رشد منظم نانولوله‌ها انجام شد. فلزهای تیتانیوم و طلا به‌ترتیب برای ایجاد اتصال‌های شاتکی و اُهمی استفاده شدند. نمونه حسگر ساخته شده در معرض غلظت‌های 500، 1000 وppm 1500 از گازهای نیتروژن و دی‌اُکسیدنیتروژن قرارگرفت. برای غلظت ppm 500 به‌ترتیب زمان‌های پاسخ و بازیابی 85 و 154 ثانیه برای گاز دی‌اُکسیدنیتروژن و 97 و 190 ثانیه برای گاز نیتروژن اندازه‌گیری شدند. براین اساس سرعت پاسخدهی و بازیابی این حسگر نسبت به ساختارهای مشابه در وضعیت بهتری قرار دارد. همچنین مشاهده شد که حسگر در مقابل غلظت ppm 1500 از گازهای NO2 و N2، به‌ترتیب حساسیت‌های %5/13 و %5/33 را از خود نشان می‌دهد که در مقایسه با میزان حساسیت به گازهای CO و H2S، موید مناسب‌بودن این ساختار برای کاربردهای حسگری گاز نیتروژن است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and Fabrication of a Fast Responsive and Highly Sensitive Gas Sensor based on Schottky Hetero-junction of Carbon Nanotubes

نویسندگان [English]

  • Ehsan Talebi 1
  • َAli Fattah 2
  • Vali Varmazyari 3
1 Faculty of Electrical Engineering and Robotic, Shahrood University of Technology
2 Assistant Professor, Electronic group, Faculty of Electrical Engineering and Robotic, Shahrood University of Technology
3 Electrical Engineering Department, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

In this research, a fast responsive and highly sensitive hetero structure gas sensor is proposed. To fabricate Au/CNT/Ti heterojunction Schottky structure, vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) were deposited on silicon oxide substrate between two metal electrodes using plasma-enhanced chemical vapor deposition method. To study the surface characteristics of the structure, Scanning Electron Microscopy analysis was performed to show the density and well-aligned growth of CNTs. The Titanium and gold metals were used as the electrodes to form schottky and ohmic contacts, respectively. The fabricated sample was exposed to 500, 1000 and 1500 ppm concentrations of N2 and NO2 gases. The response and recovery times of 85 and 154 sec for NO2 and 97 and 190 sec for N2 were measured, respectively. On this basis compare to similar structures, the response and recovery times of the fabricated sensor are shorter. It is observed that the sensitivity of 13.5% and 33.5% occurs for 1500 ppm of NO2 and N2, respectively, which in comparison with the sensistivity to CO and H2S gases, proves that the fabricated structure is suitable for Nitrogen detection applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas Sensor
  • Highly Sensitive
  • Hetero-junction
  • Fast Responsive
  • Carbon Nanotubes