Metal-oxide nano structures for gas sensing applications

Abstract

Bu yüksek lisans tezinde, doğrudan üretilmiş çinko oksit (ZnO) nanoçubuk tabanlı aygıt ve bir gaz sensör uygulaması olarak uyarlanması bildirilmiştir. ZnO nanoçubuk gaz sensör uygulaması oksijen (O2), karbon monoksit (CO), karbon dioksit (CO2), etanol (C2H5OH), izopropanol (C3H7OH), kloroform (CHCl3) ve dikloromethan (CH2Cl2) gazlarını içerir. Bu ZnO nanoçubuk tabanlı sensör aslında cam üzerinde klasik fotolitografi yöntemiyle hazırlanmış altın elektrot yapılarını içerir. Nanoçubuklar sonokimyasal büyütme tekniği ile oda sıcaklığında büyütülmüşlerdir. Geliştirilen ZnO sensörün asıl amacı hedef gazlar altında fiziksel sinyalleri belirlemek ve değişimlerin elektriksel dirençlerine olan etkisini incelemektir. N-tip metal oksit sensor oksijen ortamında olduğunda ortamdaki O2 moleküllerini adsorbe eder. Bu moleküller iletim bandındaki elektronları alarak O-, O2- iyonlarını oluşturur. Bu işlemin sonucu olarak sensörün direnci artmış olur. Daha sonra sensör indirgen gazlar altında olduğunda, meydana gelen O-, O2- iyonlarıyla reaksiyona girip iletim bandına elektron verir. Böylece, sensörün direnci düşmüş olur. Cihazın optik yapısal ve elektriksel özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), Raman Spektroskopisi ve Gaz Soğurma Ölçüm Sistemi yardımıyla incelenmiştir. Gaz soğurma ölçümü kapalı bir haznede yapılmıştır. SEM ve EDS sonuçları cam yüzeyin ZnO nanoçubuklar ile tamamen kaplı olduğunu göstermektedir. Gaz algılama uygulamalarında sonokimyasal yolla büyütülmüş ZnO nanoçubuk gaz sensörün direnç ve hassasiyet ölçümleri göstermektedir ki sonokimyasal büyütme tekniği sensör uygulamalarında bir boyutlu (1-D) ZnO nanoyapıları büyütmek için çok iyi bir alternatiftir.

In this MSc. Thesis, direct growth of Zinc Oxide (ZnO) nanorod and their implementation as gas sensor applications are reported. ZnO nanorod gas sensor application mainly involves detection of oxygen (O2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), ethanol (C2H5OH), isopropanol (C3H7OH), chloroform (CHCl3) and dichloromethane (CH2Cl2) gases. The ZnO nanorod sensor essentially contains an Au interdigitated electrode (IDE) structure, which is deposited by conventional photolithography on a microscope glass. The nanorods are grown by using sonochemical growth technique at room ambient. The main purpose of ZnO sensor development is to detect the physical signals and evaluate changes in electrical resistance under target gases. When the n-type metal oxide sensor is under oxygen ambient, it adsorbs O2 molecules. These molecules receive electrons from the conduction band of the metal oxide and produce O-, O2- ions, this process results increase the resistance of the sensor. Then, when this sensor is under reducing gases, these gases react with the produced O-, O2- ions donate electrons to the conduction band of metal oxides. Therefore, the resistance of the sensor decreases. The optical, structural and electrical properties of the device were examined by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Raman Spectroscopy and Gas Absorption Measurement System. Gas absorption measurement has been done in a closed chamber. SEM and EDS results indicate that the glass substrate is fully covered with ZnO nanorods. The resistivity and sensitivity measurements of sonochemically grown ZnO nanorod gas sensor for gas sensing applications suggest that sonochemical growth technique can be a very good alternative for growth one dimensional (1-D) ZnO nanostructures for sensor applications.