İnce film gaz sensörlerinin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Amaç: Bu çalışmada gaz sensörlerinin tespit etmede zorlandığı hidrojen gazını hızlı ve hassas bir şekilde tespit edebilmek amacıyla niyobyum pentoksit, kalay dioksit ve evropiyum katkılı kalay dioksit gaz sensörleri üretilmiştir.Yöntem: Bu çalışmada sensör olarak kullanılacak ince kaplamalar, cam taban malzeme üzerine Radyo Frekans-Fiziksel Buhar Biriktirme (RF-PVD) yöntemiyle kaplanmıştır. Üretilen filmlerin karakterizasyonu için X-ışını Kırınım Difraktometresi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dispersif X-ışını Spektroskopisi (EDS), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), UV-VIS Spektrometre ve gaz sensör ölçüm sistemleri kullanılmıştır. Üretilen sensörlerin farklı konsantrasyonlardaki hidrojen gazına tepkileri incelenmiştir.Bulgular: Yapılan XRD incelemeleri sonucunda niyobyum pentoksit filmlerinin yapısının amorf, kalay dioksit ve evropiyum katkılı kalay dioksit filmlerin ise tetragonal kristal yapıya sahip olduğu tespit edilmiştir. İnce filmlerin kesitlerinden alınan SEM görüntüleri, filmlerin kolonsal yapıda büyüdüğünü göstermektedir. Yapılan gaz sensör analizi sonucunda niyobyum pentoksitin 10.000 ppm gibi yüksek konsantrasyon seviyesinde, kalay dioksit filmlerinin 100 ppm'de, evropiyum katkılı kalay dioksit filmlerinin ise 50 ppm gibi düşük konsantrasyon seviyesinde hidrojen gazına tepki verdiği bulunmuştur. Sonuçlar: Üretilen niyobyum pentoksit ince filmler hidrojen gazını algılamada yetersiz kalmıştır. Kalay dioksit ve evropiyum katkılı kalay dioksit ince filmler ise farklı konsantrasyon seviyelerindeki hidrojen gazını başarılı bir şekilde algılamıştır. Evropiyum katkısı kalay dioksit sensörün hassasiyetini artırırken sensör tepkisi üzerinde önemli bir etkisi olmamıştır. Anahtar Kelimeler: gaz sensörü, niyobyum pentoksit, kalay dioksit, evropiyum katkılı kalay dioksit, RF-PVD

Purpose: In this study, niobium pentoxide, tin dioxide, and europium doped tin dioxide gas sensors were fabricated in order to detect hydrogen gas that gas sensors have difficulty in detecting quickly and precisely.Method: In this study, thin coatings to be used as sensors were coated on the glass substrate with Radio Frequency-Physical Vapor Deposition (RF-PVD) technique. The fabricated films were characterized by using X-ray Diffraction Diffractometer (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Atomic Force Microscope (AFM), UV-VIS Spectrometer, and gas sensor measurement systems. The responses of the fabricated sensors to hydrogen gas at different concentrations were investigated.Findings: As a result of the XRD analysis, it has been determined that the structure of the niobium pentoxide films were amorphous, tin dioxide and europium doped tin dioxide films were tetragonal crystal structure. Cross sectional SEM images of the thin films showed that the films have grown equiaxed structure. As a result of gas sensor analysis, it has been found that niobium pentoxide can response to hydrogen gas at a high concentration level such as 10.000 ppm. The tin dioxide and europium doped tin dioxide thin film gas sensors were found to response to low ppm hydrogen gas.Results: The fabricated niobium pentoxide thin films were unsatisfactory to detect hydrogen gas. Tin dioxide and tin dioxide thin films doped with europium have successfully detected hydrogen gas at different concentration levels. While the Europium additive increased the sensitivity of the tin dioxide sensor, it did not have a significant effect on the sensor response.Key Words: gas sensors, tin dioxide, niobium pentoxide, RF-PVD, europium