Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Sensor Kelembaban Tipe FET yang Sangat Sensitif dengan Nanopartikel Pt-In2O3 yang Dicetak Inkjet pada Suhu Kamar

Abstrak

Dalam karya ini, Pt-doped In2 O3 nanopartikel (Pt-In2 O3 ) dicetak dengan inkjet pada platform sensor tipe FET yang memiliki gerbang apung yang disejajarkan secara horizontal dengan gerbang kontrol untuk deteksi kelembapan pada suhu kamar. Kelembaban relatif (RH)-sensing perilaku dari sensor tipe FET diselidiki dalam kisaran dari 3,3 (udara kering dalam pekerjaan) hingga sekitar 18%. Metode pengukuran berdenyut diterapkan pada tes penginderaan RH transien dari sensor tipe FET untuk menekan penyimpangan baseline sensor. Pt-In yang dicetak dengan inkjet2 O3 sensor tipe resistif juga dibuat pada wafer yang sama untuk perbandingan, dan tidak menunjukkan respons terhadap tingkat RH rendah (di bawah 18%). Sebaliknya, sensor tipe FET menghadirkan sensitivitas kelembaban rendah yang sangat baik dan respons cepat (32% respons dan waktu respons 58 s untuk 18% RH) karena mampu mendeteksi perubahan fungsi kerja bahan penginderaan yang disebabkan oleh fisisorpsi molekul air. Mekanisme penginderaan dari sensor tipe FET dan prinsip di balik perbedaan kinerja penginderaan antara dua jenis sensor dijelaskan melalui analisis proses adsorpsi molekul air dan diagram pita energi. Penelitian ini sangat berguna untuk studi mendalam tentang perilaku penginderaan kelembaban Pt-In2 O3 , dan sensor kelembaban tipe FET yang diusulkan dapat menjadi kandidat potensial di bidang deteksi gas waktu nyata.

Pengantar

Sensor kelembaban diinginkan untuk deteksi dan kontrol kelembaban di berbagai sektor, seperti industri semikonduktor dan otomotif, pertanian, dan bidang medis [1,2,3,4]. Mereka dapat diklasifikasikan ke dalam tipe kapasitif [5,6,7], tipe resistif [8,9,10], tipe elektrolit padat [11], tipe gelombang akustik permukaan (SAW) [12], quartz crystal microbalance (QCM) [ 13], dll. Tergantung pada mekanisme operasi dan pendekatan penginderaannya. Diantaranya, sensor kelembaban tipe resistif, yang mendeteksi variasi resistivitas bahan penginderaan dengan jumlah molekul air yang teradsorpsi, telah menarik minat para peneliti terutama karena strukturnya yang sederhana, fabrikasi yang mudah, dan pengoperasian serta aplikasi yang mudah [14, 15] . Untuk mengembangkan sensor kelembaban tipe resistif yang andal dengan sensitivitas tinggi dan respons singkat serta waktu pemulihan sensor tipe resistif, banyak bahan baru telah diselidiki [14, 15], dan oksida logam berstrukturnano diidentifikasi sebagai kandidat kuat dalam pertimbangan biaya rendah, stabilitas operasi tinggi, dan kompatibilitas yang baik [15,16,17,18,19].

Baru-baru ini, Dalam2 O3 , sebagai oksida logam semikonduktor tipe-n yang khas, telah menarik banyak perhatian karena karakteristik penginderaannya yang menjanjikan dalam mendeteksi berbagai gas target [20,21,22]. Ditemukan bahwa impedansi In2 O3 sensitif terhadap kelembaban bahkan pada suhu kamar, terutama yang didoping atau didekorasi dengan logam mulia atau oksida lainnya [14, 23,24,25]. Namun, sensor kelembaban tipe resistif tersebut berdasarkan In2 O3 sebagian besar dievaluasi oleh tegangan eksitasi AC tanpa bias DC untuk menghindari polarisasi sensor [23]. Akibatnya, arus yang diukur perlu direhabilitasi dan diperbaiki menjadi sinyal DC untuk penskalaan atau pemrosesan lainnya [26], yang meningkatkan kompleksitas pengukuran dan membatasi penerapan sensor. Selain itu, kebanyakan dari mereka menghadirkan resolusi dan sensitivitas yang relatif buruk untuk deteksi tingkat kelembaban rendah (di bawah 25%) dan perlu perbaikan lebih lanjut [23, 27].

Pada tugas akhir ini dibuat sebuah platform sensor FET yang memiliki planner floating gate (FG) yang menghadap ke control gate (CG) secara horizontal. Didoping2 O3 nanopartikel dengan Pt (Pt-In2 O3 ) diendapkan pada substrat FET untuk digunakan sebagai bahan penginderaan dengan proses pencetakan inkjet untuk deteksi kelembaban relatif (RH) lebih rendah dari 18%. Konstruksi khusus dari platform FET membuat pengendapan bahan penginderaan sangat mudah dan menghindari polusi saluran substrat FET. Lebih penting lagi, tidak seperti mekanisme perubahan impedansi dari sensor tipe resistif, platform sensor FET mencerminkan perubahan fungsi kerja bahan penginderaan, yang secara efektif meningkatkan kinerja kelembaban In2 O3 sensor berbasis. Dalam artikel ini, kinerja penginderaan RH dari Pt-In tipe FET yang diusulkan2 O3 sensor kelembaban diselidiki secara rinci dan dibandingkan dengan Pt-In2 O3 sensor tipe resistif yang dibuat pada wafer silikon yang sama. Eksperimen menunjukkan bahwa fungsi kerja permukaan Pt-In2 O3 jauh lebih sensitif terhadap adsorpsi uap air daripada perubahan resistensi. Mekanisme di balik kinerja penginderaan kedua sensor dan perbedaan di antara keduanya dibahas dengan menggunakan diagram pita energi dari bahan penginderaan. Perilaku adsorpsi uap air pada Pt-In2 O3 dan prosedur reaksi juga dijelaskan.

Metode

Fabrikasi Platform

Untuk memahami secara mendalam prinsip penginderaan dari sensor kelembaban FET yang diusulkan, perangkat tipe resistif dengan Pt-In2 yang sama O3 bahan penginderaan juga diselidiki dalam makalah ini. Tipe resistif (Gbr. 1a) dan platform sensor tipe FET (Gbr. 1b) dibuat pada wafer silikon yang sama untuk perbandingan yang adil di antara keduanya. Gambar 1a menyajikan platform resistor kosong, dan sisipannya adalah elektroda yang diperbesar setelah membentuk Pt-In2 transparan O3 lapisan. Gambar 1b menunjukkan platform FET yang diusulkan dalam pekerjaan kami sebelumnya [28, 29]. Ini memiliki empat elektroda termasuk CG, tiriskan (D), sumber (S), dan elektroda tubuh. Untuk melindungi wilayah aktif dari platform FET seperti yang ditandai pada Gambar. 1a, FG yang diperluas diadopsi, yang disejajarkan dengan CG dalam arah horizontal. Struktur interdigitated dari dua gerbang digunakan untuk kopling kapasitif yang baik di antara mereka. Selain itu, pasivasi SU-8 juga dilakukan untuk hanya mengekspos wilayah penginderaan seperti yang ditandai pada Gambar. 1b dan bantalan kontak elektroda. Gambar 1 c dan d adalah tampilan penampang skematik di sepanjang dan tegak lurus terhadap saluran FET, yang masing-masing berada di sepanjang garis A–A’ dan garis B–B’ pada Gambar 1b. Panjang dan lebar saluran masing-masing adalah 2 μm dan 2,4 μm. Langkah-langkah fabrikasi utama dijelaskan sebagai berikut. Dalam karya ini, p Platform MOSFET sebagian besar dibuat karena memiliki noise 1/f yang lebih rendah daripada n MOSFET [30]. Pertama, oksida medan setebal 550 nm ditanam untuk isolasi daerah aktif dengan proses oksidasi silikon lokal (LOCOS). Saluran FET yang terkubur dibentuk dengan implantasi ion, dan oksida gerbang setebal 10 nm ditumbuhkan dengan proses oksidasi kering pada 800 °C. Kemudian, lapisan n+ poli-Si yang didoping 350 nm di situ diendapkan dan dipola untuk berfungsi sebagai FG. Daerah sumber dan saluran pembuangan p+ yang sangat didoping dibentuk oleh proses implantasi ion. Untuk mencegah FG dan saluran dari molekul yang tidak diinginkan (misalnya, H2 O) dan perangkap muatan, lapisan pasif ONO yang terdiri dari SiO2 (10 nm)/Si3 N4 (20 nm)/SiO2 (10 nm) terbentuk di seluruh wafer. Setelah menentukan lubang kontak, lapisan tumpukan Cr (30 nm)/Au (50 nm) diendapkan secara berurutan dan dipola untuk berfungsi sebagai elektroda CG, D, S, dan tubuh FET. Perhatikan bahwa elektroda dari sensor tipe resistif juga dibuat secara bersamaan. Akhirnya, lapisan pasivasi SU-8 yang dibentuk oleh pelapisan spin dipolakan di atas platform dengan proses litografi untuk mengekspos hanya area FG-CG interdigitasi dari platform FET (wilayah penginderaan pada Gambar 1a), area elektroda interdigitasi platform resistor, dan semua bantalan untuk kontak elektroda.

Sensor gas tipe resistif dan tipe FET dengan Pt-In2 yang dicetak dengan inkjet O3 nanopartikel. a Gambar SEM dari platform sensor tipe resistif. Sisipan menunjukkan elektroda yang diperbesar setelah membentuk Pt-In2 O3 lapisan penginderaan. b Gambar SEM dari sensor tipe FET dengan FG yang disejajarkan dengan CG secara horizontal. c Tampilan skematis penampang sepanjang garis A–A’ di b . d Tampilan penampang skema sepanjang garis B–B’ di b . Panjang dan lebar saluran masing-masing adalah 2 μm dan 2,4 μm

Materi

Di2 O3 nanopowders (diameter ≤ 100 nm), etanol (99%), 8-Wt% H2 PtCl6 (di H2 O), dan air deionisasi (DI) dibeli dari Sigma-Aldrich (AS) untuk persiapan bahan penginderaan. Semua bahan kimia dalam makalah ini digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut.

Deposisi Materi Penginderaan

Pt-In2 O3 bahan penginderaan dibentuk oleh proses pencetakan inkjet. Pertama, Di2 O3 nanopowders dilarutkan dalam etanol dan diaduk secara menyeluruh untuk mendapatkan solusi yang seragam. 8-Wt% H2 PtCl6 (di H2 Larutan O) selanjutnya diencerkan dengan air DI sampai konsentrasi yang diinginkan dan kemudian dicampur dengan In2 O3 solusi bersama-sama untuk melayani sebagai tinta prekursor. Tinta yang telah disiapkan dicetak pada kedua jenis platform menggunakan printer inkjet (Omni Jet 100), diikuti dengan proses penempelan selama 2 jam pada suhu 300 °C di udara untuk menguapkan pelarut sepenuhnya dari lapisan sensor yang dicetak. Wt% dari Pt di lapisan penginderaan baru saja ditetapkan menjadi 10% Wt untuk fokus terutama pada analisis efek adsorpsi uap air.

Pengaturan Pengukuran

Gambar 2 menunjukkan pengaturan pengukuran yang digunakan dalam pekerjaan ini. Pada Gambar. 2, sampel gas lembab dibuat dengan mencampur udara kering dan udara basah disiapkan dengan menginjeksikan udara kering melalui bubbler, di ruang pencampuran. Laju aliran total sampel udara lembab ditetapkan pada 400 sccm, dan kelembaban relatif ditentukan dengan menyeimbangkan laju aliran udara kering dan basah melalui pemrogram aliran massa multisaluran dan dikalibrasi oleh kalibrator kelembaban. Gas referensi (udara kering) dengan laju aliran 400 sccm juga digunakan. Selama uji penginderaan kelembaban dinamis, udara kering referensi dan sampel udara lembab ditiupkan ke sensor secara bergantian. Semua karakteristik penginderaan sensor diuji pada 25 °C (suhu kamar). Pengukuran listrik dilakukan dengan menggunakan Agilent B1500A.

Pengaturan pengukuran. Semua karakteristik sensor diuji pada 25 °C (suhu kamar)

Hasil dan Diskusi

Pertama, karakteristik dasar IV dari Pt-In2 O3 sensor tipe resistif dan tipe FET diukur dan diplot masing-masing pada Gambar 3 a dan b. Kurva I-V sapuan ganda dari resistor yang ditunjukkan pada Gambar. 3a menunjukkan perilaku kontak ohmik dari Pt-In2 O3 film ke elektroda di kedua tipe resistif dan tipe FET sensor. Pada Gambar. 3b, sapuan ganda DC I-V dan pulsa I-V (PIV) dari sensor tipe FET dari positif ke negatif dan belakang diplot bersama untuk perbandingan. Inset adalah skema pulsa yang digunakan untuk pengukuran PIV. Dalam hasil DC I-V, histeresis dapat diamati, yang diinduksi oleh perangkap muatan dalam bahan penginderaan dan pada antarmuka antara bahan penginderaan dan tumpukan pasif ONO. Di bawah lingkungan kerja tradisional sensor tipe FET, bias DC biasanya diterapkan pada elektroda untuk melacak sinyal penginderaan saat ini. Namun, karena perangkap muatan yang disebutkan di dalam perangkat, arus sensor FET dapat melayang secara signifikan dari waktu ke waktu, yang mengganggu garis dasar saat ini dan menurunkan akurasi. Sebaliknya, dalam PIV dari sensor kelembaban FET yang diusulkan, histeresis ditahan dengan menggunakan bias gerbang berdenyut. Berdasarkan hasil tersebut, untuk mendapatkan sinyal penginderaan yang andal dan stabil saat mengukur sifat penginderaan transien dari sensor tipe FET, metode pengukuran berdenyut diadopsi [29, 31] yang diilustrasikan pada Gambar 4a.

Sifat kelistrikan dasar dari tipe resistif dan tipe FET Pt-In2 O3 sensor di T =25 °C. a Kurva sapuan I-V ganda dari sensor tipe resistif. Hasil sapuan tegangan maju dan mundur saling tumpang tindih. b Sapuan ganda DC dan kurva I-V (PIV) dari sensor tipe FET. Inset menunjukkan skema pulsa yang digunakan untuk pengukuran PIV

Performa penginderaan dari dua jenis sensor untuk RH 9,4%. a Skema sensor tipe FET dan skema pulsa yang digunakan untuk pengukuran sensor tipe FET dalam pekerjaan ini. b |Aku D | sensor tipe FET berdasarkan p MOSFET jelas menurun saat RH meningkat dari 3,3 menjadi 9,4%. Sensor ditiup dengan udara lembab selama 100 s dari sekitar 70 hingga 170s. c Pengukuran transien DC dari sensor tipe resistif dan tidak ada respons yang teramati dari sensor tipe resistif untuk RH 9,4%

Gambar 4a menunjukkan skema pulsa dan strategi implementasi metode pengukuran berdenyut untuk sensor kelembaban tipe FET. Sisi kiri Gambar 4a adalah skema sensor tipe FET, dan bias pulsa diterapkan ke elektroda CG dan D-nya oleh dua generator bentuk gelombang Agilent B1500A. Tepat waktu (lebar pulsa) t pada dan waktu istirahat t nonaktif dalam satu periode pulsa ditetapkan masing-masing pada 20 μs dan 1s. Selama waktu istirahat t nonaktif , semua elektroda CG, D, dan S dari FET diarde, dan tidak ada arus pembuangan (I D ) dibacakan. Tepat waktu t pada , tegangan baca CG dan D yang sesuai (V rCG dan V rDS ) diterapkan secara serempak untuk mengumpulkan I D sampel. Gambar 4 b dan c menunjukkan perilaku penginderaan dari sensor tipe FET dan tipe resistif, masing-masing, pada paparan kelembaban relatif (RH) 9,4% selama 100 s. Perhatikan bahwa, untuk sensor tipe resistif, hanya tegangan DC konstan yang diadopsi. Pt-In2 O3 Sensor tipe resistif, yang mencerminkan perubahan resistansi bahan penginderaan, tidak sensitif terhadap peningkatan RH dari 3,3% (udara kering) menjadi 9,4%. Namun, arus pembuangan mutlak |I D | dari p Sensor MOSFET menurun tajam dengan peningkatan RH dan kembali ke garis dasar semula dalam waktu sekitar 400 s selama periode pemulihan sensor. Mengingat mekanisme penginderaan dari sensor tipe FET adalah perubahan fungsi kerja Pt-In2 O3 disebabkan oleh adsorpsi molekul air, hasil pengukuran menunjukkan bahwa fungsi kerja bahan penginderaan lebih sensitif terhadap perubahan RH dibandingkan dengan resistansi. Penjelasan rinci tentang perilaku penginderaan ini dan alasan perbedaan sensitivitas kelembaban antara dua platform dibahas nanti dalam makalah ini.

Selanjutnya, respon dinamis dari sensor tipe FET ke tingkat RH yang berbeda (7,6%, 9,4%, 11,4%, 13,4%, 15,5%, dan 17,8%) diukur dan disajikan pada Gambar 5a. Respons sensor tipe FET dilambangkan sebagai S RH diungkapkan oleh Persamaan. (1) [32], di mana Aku H_D dan Aku H_H adalah arus pembuangan asli di udara kering dan arus di lingkungan lembab pada tingkat RH tertentu.

$$ {S}_{\mathrm{RH}}=\left[\left(\left|{I}_{\mathrm{D}\_\mathrm{D}}\right|-\left|{I }_{\mathrm{D}\_\mathrm{H}}\right|\right)/\left|{I}_{\mathrm{D}\_\mathrm{D}}\right|\right] \times 100\% $$ (1)

Deteksi kelembaban menggunakan sensor tipe FET yang diusulkan. a Pengukuran sensor kelembaban sementara pada T =25 °C. RH =3,3%, 7,6%, 9,4%, 11,4%, 13,4%, 15,5%, dan 17,8%. b S RH sebagai parameter RH dalam kisaran 3,3 hingga 17,8%. c Variasi t res dan t rek sensor tipe FET dengan level RH

Gambar 5b menggambarkan S RH sebagai fungsi RH mulai dari 3,3 (udara kering) hingga sekitar 18%. S RH cenderung sebanding dengan RH dalam kisaran ini. Perhatikan respon dinamis dari resistif Pt-In2 O3 sensor ke RH juga diukur, tetapi tidak ada perubahan resistansi dari bahan penginderaan yang diamati (dari 3,3 hingga 18% RH). Waktu respons t res dan waktu pemulihan t rek didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan arus untuk berubah menjadi 90% dari nilai akhirnya [33]. Gambar 5c menyajikan variasi t res dan t rek dari sensor tipe FET dengan RH 3,3-18%. t res berkurang sedikit dengan peningkatan RH, dan semua t res s sesuai dengan nilai RH yang berbeda kurang dari 60 s. Sebaliknya, kenaikan RH memiliki efek sebaliknya pada t rek dari sensor. Menurut hasil, sensor kelembaban tipe FET yang diusulkan memiliki respons yang sangat cepat dan tinggi terhadap tingkat RH rendah pada suhu kamar.

Untuk menjelaskan mekanisme penginderaan kelembaban dari Pt-In2 O3 Sensor tipe FET yang diselidiki dalam makalah ini di bawah sekitar 18% RH, adsorpsi molekul air skematik dan diagram pita energi terkait di dekat antarmuka antara tiang ONO dan bahan penginderaan dibangun seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Gambar 6a mengilustrasikan berbagai jenis adsorpsi molekul air di permukaan Pt-In2 O3 partikel. Dengan aksi katalitik Pt, molekul air dipromosikan untuk bereaksi dengan spesies oksigen pra-adsorbsi (\( {\mathrm{O}}_{\mathrm{ad}}^{-} \)) menghasilkan gugus hidroksil (–OH ) di permukaan In2 O3 seperti yang ditunjukkan pada Persamaan. (2) [34].

$$ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+2\mathrm{In}+{\mathrm{O}}_{\mathrm{ad}}^{-}\longleftrightarrow 2\left(\mathrm {In}-\mathrm{OH}\right)+{\mathrm{e}}^{-} $$ (2)

Skema adsorpsi molekul air dan diagram pita energi terkait. a Lapisan chemisorption dan physisorption molekul air pada Pt-In2 O3 bahan penginderaan. b Diagram pita energi di dekat antarmuka antara tumpukan ONO dan lapisan penginderaan sebelum deteksi RH. Diasumsikan dalam keadaan pita datar. c Diagram pita energi setelah deteksi RH. Dipol pada antarmuka mengurangi fungsi kerja material penginderaan

Hidroksil tersebut meninggalkan permukaan bahan penginderaan dan menyusun lapisan chemisorption pertama karena sulit untuk mendesorbsi ion chemisorbed pada suhu kamar [35]. Kemudian, selama tes penginderaan, dengan peningkatan tingkat RH, lebih banyak molekul air mulai teradsorpsi pada hidroksil melalui ikatan hidrogen ganda dan membentuk lapisan adsorpsi kedua, yang merupakan lapisan fisisorpsi pertama yang hampir tidak memiliki ion bergerak di dalamnya. Ketika tingkat RH meningkat lebih lanjut, lebih banyak lapisan terakumulasi setelah lapisan fisisorpsi pertama diisi pada permukaan bahan penginderaan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6a, yaitu lapisan multi-penyerapan. Menurut literatur [23], impedansi In2 O3 mulai menurun sampai RH mencapai lebih tinggi dari sekitar 54%. Pada tingkat RH rendah, hanya lapisan fisisorpsi pertama yang terbentuk, di mana tidak ada proton bergerak yang berkontribusi pada konduksi listrik. Setelah itu, lapisan multi-fisisorpsi terbentuk melalui ikatan hidrogen tunggal, di mana proton bergerak (H + ) akan dihasilkan oleh ionisasi di bawah medan listrik. Proton-proton tersebut melompat di antara molekul air yang teradsorpsi yang menginduksi konduktivitas yang lebih tinggi dari bahan penginderaan, yaitu mekanisme Grotthuss [27, 36,37,38]. Dalam makalah ini, tidak ada perubahan saat ini dari Pt-In2 O3 Sensor tipe resistif diamati, yang menunjukkan gugus –OH telah menutupi permukaan bahan penginderaan dan hanya adsorpsi fisik molekul air yang terjadi ketika RH meningkat selama pengukuran. Akibatnya, Pt-In2 O3 sensor tipe resistif menunjukkan sensitivitas yang buruk terhadap peningkatan RH di bawah 18%.

Dalam kasus sensor tipe FET, mekanisme penginderaan adalah perubahan fungsi kerja bahan penginderaan, yang berbeda dengan sensor tipe resistif. Menurut hasil sensor tipe resistif, di bawah kondisi tingkat RH yang diukur dalam makalah ini, tidak ada transfer elektron antara bahan penginderaan dan molekul air di lapisan fisisorpsi. Namun, molekul air yang teradsorpsi tersebut dapat menciptakan dipol pada permukaan In2 O3 partikel menunjuk menjauh dari bahan penginderaan (Gbr. 6a). Gambar 6 b dan c menunjukkan diagram pita energi In2 O3 dekat antarmuka antara lapisan penginderaan dan tumpukan ONO sebelum dan sesudah deteksi kelembaban, yang menggambarkan efek dipol. Dari perspektif pita energi, hidroksil yang diserap secara kimia telah ada di permukaan In2 O3 sebelum pengujian, dan kami berasumsi bahwa itu dalam keadaan pita datar sebelum deteksi kelembaban untuk kenyamanan (Gbr. 6b). E VAC , E C , E B , dan E V dalam diagram menunjukkan energi vakum, pita konduksi, pita valensi, dan tingkat Fermi, masing-masing. Perbedaan antara E VAC dan E B sebelum merasakan tes, yaitu, fungsi kerja, dari In2 O3 pada antarmuka antara lapisan penginderaan dan tumpukan ONO, didefinisikan sebagai Φ S1 . Setelah fisisorpsi molekul air, dipol yang terbentuk pada antarmuka mengurangi afinitas elektron dan mengakibatkan penurunan fungsi kerja yang seragam dari Φ S1 untuk Φ S2 . Perbedaan antara Φ S1 dan Φ S2 dilambangkan sebagai Φ seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6c. Hampir tidak ada transfer elektron dari molekul air yang diserap ke dalam2 O3 . Namun, Φ dapat menghasilkan akumulasi elektron dalam tubuh FET di dekat antarmuka antara gerbang oksida dan tubuh, sehingga |I D | dari p MOSFET menurun. Dengan kata lain, meskipun tidak ada perubahan resistensi Pt-In2 O3 lapisan, dipol yang dibentuk oleh molekul air yang teradsorpsi di lapisan fisisorpsi dapat menyesuaikan fungsi kerja bahan penginderaan dan akhirnya menginduksi perubahan arus pembuangan dari sensor tipe FET.

Kesimpulan

Singkatnya, sensor tipe FET dengan Pt-In2 . yang dicetak dengan inkjet O3 nanopartikel diselidiki untuk deteksi RH rendah mulai dari 3,3 hingga 18% pada suhu kamar. Pt-In2 O3 sensor tipe resistif yang dibuat pada wafer silikon yang sama tidak sensitif terhadap perubahan kelembaban pada tingkat RH rendah. Sebaliknya, sensor tipe FET menunjukkan respons kelembaban yang cepat dan sangat baik. Prinsip di balik fenomena ini dijelaskan oleh teori pita energi dan perilaku adsorpsi molekul air pada bahan penginderaan. Karena hanya lapisan fisisorpsi yang dihasilkan, tidak ada transfer elektron yang berkontribusi pada pengurangan resistansi sensor tipe resistif, sedangkan molekul air yang diserap fisis membentuk dipol yang dapat mengubah afinitas elektron dan menghasilkan peningkatan fungsi kerja bahan penginderaan. . Oleh karena itu, Pt-In tipe FET yang diusulkan2 O3 sensor kelembaban menjanjikan dalam aplikasi deteksi tingkat kelembaban rendah.

Ketersediaan Data dan Materi

Kumpulan data yang digunakan dan/atau dianalisis selama studi saat ini tersedia dari penulis terkait atas permintaan yang wajar.

Singkatan

Pt-In2 O3 :

Pt-doped Dalam2 O3 nanopartikel

FET:

Transistor efek medan

RH:

Kelembaban relatif

SAW:

Gelombang akustik permukaan

QCM:

Keseimbangan mikro kristal kuarsa

AC:

Arus bolak-balik

DC:

Arus searah

FG:

Gerbang terapung

CG:

Gerbang kontrol

SU-8:

Sukhoi Su-8

MOSFET:

Transistor efek medan semikonduktor-oksida logam

LOCOS:

Oksidasi lokal silikon

ONO:

Tumpukan oksida-nitrida-oksida

D:

Tiriskan

S:

Sumber

SEM:

Pemindaian mikroskop elektron

PIV:

Pulsa I-V


bahan nano

  1. Sensor Suhu DS18B20
  2. Sensor suhu/kelembaban menawarkan respons linier yang ketat
  3. Ukur suhu dengan sensor DS18B20 1-kawat dan Raspberry Pi
  4. Pemantau Suhu dan Kelembaban Rumah (Kamar) dengan Bagan Berbasis Web – Raspberry Pi
  5. Aeroponik dengan Raspberry Pi dan sensor kelembapan
  6. Sensor Suhu Raspberry Pi
  7. Area Besar, Substrat SERS Sangat Sensitif dengan Film Tipis Nanowire Perak Dilapisi oleh Proses Solusi Skala Mikroliter
  8. Cangkang diatom silika yang disesuaikan dengan nanopartikel Au memungkinkan analisis molekul yang sensitif untuk aplikasi biologi, keselamatan, dan lingkungan
  9. Sensor Kimia Etanol Sangat Sensitif Berdasarkan Novel Ag-Doped Mesopori α–Fe2O3 Disiapkan dengan Proses Sol-Gel Modifikasi
  10. Array TiO2 Nanotube yang Sejajar dengan Baik dengan Nanopartikel Ag untuk Deteksi Ion Fe3+ yang Sangat Efisien