Khảo sát ảnh hưởng của chất pha tạp lên tính chọn lọc khí của màng mỏng zno dùng để chế tạo cảm biến khí

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
DANH MỤC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 CẢM BIẾN KHÍ MÀNG MỎNG OXIT KIM LOẠI 3
1.1 Giới thiệu 3
1.2 Nguyên lý hoạt động 5
1.3. Các đại lượng đặc trưng 8
1.3.1 Độ nhạy 8
1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy 11
1.3.3 Vật liệu ZnO ứng dụng làm cảm biến khí 13
1.3.4 Độ chọn lọc khí 15
1.4 Vật liệu ZnO 21
1.4.1 Tính chất chung của vật liệu ZnO 21
1.4.2 Sai hỏng hóa học trong tinh thể ZnO 24
1.4.3 Vật liệu ZnO ứng dụng làm cảm biến khí 25
1.4.4 Các kết quả nghiên cứu gần đây của nhóm về vật liệu ZnO thuần và pha
tạp 26
Chương 2 TẠO MÀNG VÀ CÁC THIẾT BỊ 29
2.1. Nội dung thực nghiệm 29
2.2. Hóa chất và thiết bị 30
2.2.1. Hóa chất 30
2.2.2. Thiết bị 31
2.2.2.1 Máy siêu âm 31
2.2.2.2 Hệ phủ nhúng (dip coating) 31
2.2.2.3 Lò nung 32
2.2.2.4 Máy khuấy từ 32
2.3. Quy trình tạo màng 33
~ ii ~

2.3.1. Quy trình chế tạo dung dịch sol 33
2.3.1.1. Quy trình chế tạo dung dịch sol ZnO thuần 33
2.3.1.2. Quy trình chế tạo sol ZnO pha tạp 34
2.3.2. Tạo màng 36
2.3.2.1. Chuẩn bị đế 36
2.3.2.2. Phủ nhúng (dip - coating) 36
2.3.2.3. Nung mẫu 37
2.3.3. Phủ điện cực 37
2.4. Kỹ thuật phân tích mẫu 38
2.4.1. Xác định cấu trúc màng 38
2.4.2 Phân tích kích thước hạt bằng TEM 38
2.4.3 Khảo sát hình thái bề mặt màng bằng FE - SEM 39
2.4.4. Đo độ nhạy khí của màng 39
2.4.4.1. Xác định điện trở bề mặt màng 39
2.4.4.2. Đo độ nhạy khí của màng 39
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41
3.1. Khảo sát tính nhạy khí của các mẫu ZnO với các loại tạp chất khác nhau (Co,
Ni, Cr, Sb, Sn) 41
3.1.1 ZnO pha tạp Co (ZnO : Co) 41
3.1.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động và nồng độ pha tạp lên tính nhạy khí
của các mẫu 41
3.1.1.2 Giới hạn nồng độ khí có thể đo được của màng 44
3.1.1.3 Thời gian đáp ứng và hồi phục 46
3.1.1.4. So sánh hoạt động của các mẫu 48
3.1.2 ZnO pha tạp Ni (ZnO : Ni) 50
3.1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động và nồng độ pha tạp lên tính nhạy khí
của các mẫu 50
3.1.2.2 Giới hạn nồng độ khí có thể đo được của màng 54
3.1.2.3 Thời gian đáp ứng và hồi phục 57

3.1.2.4 So sánh hoạt động của các mẫu 59
~ iii ~

3.1.3 ZnO pha tạp Cr (ZnO : Cr) 61
3.1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động và nồng độ pha tạp lên tính nhạy khí
của các mẫu 61
3.1.3.2 Giới hạn nồng độ khí có thể đo được của màng 64
3.1.3.3 Thời gian đáp ứng và hồi phục 66
3.1.2.4 So sánh hoạt động của các mẫu 67
3.1.4 ZnO pha tạp Sb (ZnO : Sb) 69
3.1.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động và nồng độ pha tạp lên tính nhạy khí
của các mẫu 69
3.1.4.2 Giới hạn nồng độ khí có thể đo được của màng 72
3.1.4.3 Thời gian đáp ứng và hồi phục 73
3.1.4.4 So sánh hoạt động của các mẫu 75
3.1.5 Màng ZnO pha tạp Sn (ZnO : Sn) 76
3.1.5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động và nồng độ pha tạp lên tính nhạy khí
của các mẫu 76
3.1.5.2 Giới hạn nồng độ khí có thể đo được của màng 79
3.1.5.3 Thời gian đáp ứng và hồi phục 80
3.1.5.4 So sánh hoạt động của các mẫu 82
3.1.6 Khảo sát tính lọc lựa khí với các mẫu pha tạp ZnO với các kim loại khác
nhau 83
3.1.6.1 Đối với mẫu nhạy khí rượu ethanol 84
3.1.6.2 Đối với mẫu nhạy khí aceton 85
3.1.6.3 Đối với mẫu nhạy khí rượu 2-propanol 87
3.1.6.4. Kết luận 89
3.2. Khảo sát cấu trúc của các mẫu ZnO pha tạp 90
3.2.1 Màng ZnO pha tạp Ni 91
3.2.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên cấu trúc màng 91

3.2.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên bề mặt màng 93
3.2.1.3. Tìm hiểu cơ chế nhạy khí aceton của màng 94

~ iv ~

3.2.2 Màng ZnO pha tạp Sn 95
3.2.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên cấu trúc màng 95
3.2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên bề mặt màng 96
3.2.2.3 Tìm hiểu cơ chế nhạy khí rượu ethanol của màng 99
3.2.3 Màng ZnO pha tạp Cr 100
3.2.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên cấu trúc màng 100
3.2.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên bề mặt màng 102
3.2.3.3 Tìm hiểu cơ chế nhạy khí rượu 2-propanol của màng ZnO:Cr 103
KẾT LUẬN 105
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 110
PHỤ LỤC 1 117
TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TÁC HẠI CUA CÁC LOẠI DUNG DỊCH ĐƯỢC SỬ
DỤNG TRONG BÀI 117
PHỤ LỤC 2 119
PHỔ XRD CỦA CÁC MẪU TRƯỚC KHI LỒNG GHÉP 119

~ v ~

DANH MỤC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG
TRONG LUẬN VĂN


Bảng 1.1. Ứng dụng của một số loại cảm biến phổ biến
Bảng 1.2. Một số loại cảm biến khí rắn và các yếu tố vật lý thay đổi trong quá trình
nhận biết khí
Bảng 1.3. Một số tính chất của ZnO
Bảng 1.4. Một số kết quả nghiên cứu về vật liệu nhạy khí ZnO
Bảng 2.1. Hóa chất sử dụng trong luận văn
Bảng 4.1. Kết quả tổng hợp












~ vi ~

DANH MỤC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG
LUẬN VĂN

Hình 1.1. Sự hình thành vùng nghèo điện tích khi các hạt bán dẫn tiếp xúc với không
khí
Hình 1.2 Mô tả sự thay đổi điện trở của màng khi đặt trong môi trường khí cần dò
Hình 1.3 Cấu tạo của cảm biến khí.
Hình1.4 Mô hình biểu diễn kích thước hạt của màng nhạy khí lớn hơn độ rộng vùng
nghèo (D>>2L
SC
).
Hình 1.5 Mô hình biểu diễn kích thước hạt tương đương với độ rộng vùng nghèo
(D ≥ 2L
SC
)
Hình 1.6 . Mô hình biểu diễn kích thước hạt nhỏ hơn độ rộng vùng nghèo (D<2L
SC
)
Hình 1.7 Mô tả ảnh hưởng của kích thước hạt lên độ nhạy của màng
Hình 1.8 Thời gian hồi đáp và thời gian hồi phục của màng pha tạp ZnO:Co nhạy khí
rượu ethanol
Hình 1.9. Biểu diễn độ nhạy của các loại khí khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 1. 10 Hình ảnh cơ chế nhạy hóa học
Hình 1.11 Đồ thị biễu diễn độ nhạy khí CH4 và khí CO với màng SiO2-Pt/Pd
Hình 1.12 Sai hỏng trong tinh thể ZnO
Hình 2.1. Máy siêu âm.
Hình 2.2. Hệ tạo màng bằng phương pháp nhúng.
Hình 2.3. Lò nung.
Hình 2.4. Máy khuấy từ.
Hình 2.5. Quy trình tạo dung dịch sol không pha tạp
Hình 2.6. Quy trình tạo dung dịch sol pha tạp
Hình 2.7 Giản đồ nâng nhiệt trong quá trình nung.

Hình 2.8. Máy đo nhiễu xạ tia X Siemens Diffraktometer
~ vii ~

Hình 2.9 Thiết bị khảo sát bề mặt bằng FE SEM
Hình 2.10 Hệ đo độ nhạy khí
Hình3.1 Đồ thị độ nhạy khí aceton các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.2 Đồ thị độ nhạy khí rượu ethanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.3 Đồ thị độ nhạy khí rượu 2-propanol của các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.4 Đồ thị độ nhạy các mẫu ZnO với nồng độ pha tạp Co khác nhau
Hình 3.5 Đồ thị độ nhạy mẫu ZCo 1at% theo nồng độ khí ethanol qua mẫu đo ở250
0
C
Hình 3.6 Đồ thị độ nhạy mẫu ZCo 1at% theo nồng độ khí acetone qua mẫu đo ở
250
0
C
(a)Khi nồng độ khí qua mẫu thấp (từ 5ppm đến 50ppm)
(b)Khi nồng độ khí qua mẫu cao (từ 50ppm đến 500ppm)
Hình3.7 Đồ thị độ nhạy mẫu ZCo 3at% theo nồng độ khí 2- propanol qua mẫu đo ở
150
0
C
Hình 3.8 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZCo 1at% đo ở 250
0
C với khí thử là
rượu ethanol theo độ nhạy
Hình 3.9 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZCo 1at% đo ở 250
0
C với khí thử là
acetone theo độ nhạy

Hình 3.10 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu Z Co3at% đo ở 150
0
C với nồng độ
khí rượu 2- propanol qua mẫu là 300ppm
Hình 3.11 Đồ thị so sánh độ nhạy giữa 3 khí của các mẫu ZnO : Co
Hình 3.12 Đồ thị so sánh thời gian đáp ứng và hồi phục giữa 3 khí của các mẫu
ZnO:Co
Hình 3.13. Đồ thị độ nhạy khí aceton các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.14 Đồ thị độ nhạy khí ethanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.15 Đồ thị độ nhạy khí 2-propanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.16 Đồ thị độ nhạy các mẫu ZnO với nồng độ pha tạp Co khác nhau
Hình3.17 Đồ thị độ nhạy mẫu ZCo 1at% theo nồng độ khí acetone qua mẫu đo ở200
0
C
Hình3.18 Đồ thị độ nhạy mẫu ZCo 1at% theo nồng độ khí ethanol qua mẫu đo ở250
0
C
~ viii ~

Hình3.19 Đồ thị độ nhạy mẫu ZCo 1at% theo nồng độ khí 2-propanol qua mẫu đo
ở150
0
C
Hình 3.20 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZNi 1at% đo ở 200
0
C với khí thử
là khí acetone theo độ nhạy
Hình3.21 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZNi 1at% đo ở 200
0
C với khí thử là

khí ethanol theo độ nhạy
Hình3.22 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZNi 1at% đo ở 150
0
C với khí thử là
khí iso propanol theo độ nhạy
Hình 3.23. Đồ thị so sánh độ nhạy giữa 3 khí của các mẫu
Hình 3.24 Đồ thị so sánh thời gian hồi đáp và hồi phục giữa 3 khí của mẫu ZNi 1%at
Hình3.25 Đồ thị độ nhạy khí acetone các mẫu theo nhiệt độ
Hình3.26 Đồ thị độ nhạy khí ethanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình3.27 Đồ thị độ nhạy khí 2- propanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.28 Đồ thị độ nhạy các mẫu ZnO với nồng độ pha tạp Co khác nhau
Hình3.29 Đồ thị độ nhạy mẫu ZCo 1at% theo nồng độ khí ethanol qua mẫu đo 150
0
C
Hình3.31 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZCr 4at% đo ở 150
0
C với khí thử là
khí ethanol theo độ nhạy
Hình3.32 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZCr 6at% đo ở 200
0
C với khí thử là
khí 2-propanol theo độ nhạy
Hình 3.33 Đồ thị so sánh độ nhạy giữa 3 khí của các mẫu
Hình 3.34 Đồ thị so sánh thời gian hồi đáp và hồi phục giữa2 khí của các mẫu
Hình3.35 Đồ thị độ nhạy khí acetone các mẫu theo nhiệt độ
Hình3.36 Đồ thị độ nhạy khí ethanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình3.37 Đồ thị độ nhạy khí 2-propanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.38 Đồ thị độ nhạy các mẫu ZnO với nồng độ pha tạp Sb khác nhau
Hình 3.39 Đồ thị độ nhạy mẫu ZSb6at% theo nồng độ khí acetone qua mẫu đo200
0

C
Hình 3.40 Đồ thị độ nhạy mẫu ZSb6at% theo nồng độ khí ethanol qua mẫu đo200
0
C
~ ix ~

Hình3.41 Đồ thị độ nhạy mẫu ZSb4at% theo nồng độ khí 2propanolqua mẫu đo
150
0
C
Hình3.42 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZSb 6at% đo ở 150
0
C với khí thử là
khí acetone theo độ nhạy
Hình 3.43 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZSb 6at% đo ở 150
0
C với khí thử là
khí ethanol theo độ nhạy
Hình 3.44 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZCr 4at% đo ở 150
0
C với khí thử là
khí 2- propanol theo độ nhạy
Hình 3.45 Đồ thị so sánh độ nhạy giữa 3 khí của các mẫu
Hình 3.46 Đồ thị so sánh thời gian đáp ứng và hồi phục giữa 3 khí của các mẫu
Hình3.47 Đồ thị độ nhạy khí acetone các mẫu theo nhiệt độ
Hình3.48 Đồ thị độ nhạy khí ethanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình3.49 Đồ thị độ nhạy khí 2- propanol các mẫu theo nhiệt độ
Hình 3.50 Đồ thị độ nhạy các mẫu ZnO với nồng độ pha tạp Sn khác nhau
Hình 3.51 Đồ thị độ nhạy mẫu ZSn 2at% theo nồng độ khí acetone qua mẫu đo 150
0

C
Hình 3.52 Đồ thị độ nhạy mẫu ZSn 4at% theo nồng độ khí ethanol qua mẫu đo 150
0
C
Hình 3.53 Đồ thị độ nhạy mẫu ZSn 2at% theo nồng độ khí iso propanol qua mẫu đo
150
0
C
Hình 3.54 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZSn 2at% đo ở 200
0
C với khí thử là
khí acetone theo độ nhạy
Hình 3.55 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZSn 4at% đo ở 200
0
C với khí thử là
khí ethanol theo độ nhạy
Hình 3.56 Thời gian đáp ứng và hồi phục của mẫu ZSn 2at% đo ở 150
0
C với khí thử là
khí iso propanol theo độ nhạy
Hình 3.57 Đồ thị so sánh độ nhạy giữa 3 khí của các mẫu
Hình 3.58 Đồ thị so sánh thời gian đáp ứng và hồi phục giữa 3 khí của các mẫu
Hình 3.59 Đồ thị so sánh độ nhạy khí rượu ethanol của các mẫu pha tạp khác nhau
theo nhiệt độ với lưu lượng khí 500ppm.
~ x ~

Hình 3.60 Đồ thị so sánhthời gian đáp ứng và hồi phục độ nhạy khí rượu ethanol của
các mẫu pha tạp khác nhau
Hình 3.61 Đồ thị so sánh độ nhạy khí aceton của các mẫu pha tạp khác nhau theo nhiệt
độ với lưu lượng khí 500ppm.

Hình 3.62 Đồ thị so sánh thời gian đáp ứng và hồi phục đối với khí aceton của các
mẫu pha tạp khác nhau
Hình 3.63 Đồ thị so sánh độ nhạy khí rượu 2-propanol của các mẫu pha tạp khác nhau
theo nhiệt độ với lưu lượng khí 500ppm.
Hình 3.64 Đồ thị so sánh thời gian đáp ứng và hồi phục đối với khí rượu 2-propanol
của các mẫu pha tạp khác nhau
Hình 3.65 Phổ XRD chuẩn của ZnO ở dạng khối.
Hình 3.66 Phổ XRD của các mẫu ZnO:Ni với nồng độ pha tạp khác nhau
Hình 3.67 Ảnh TEM mẫu ZnO pha tạp Ni với tỉ lệ (a) 0at% và (b) 1%at
Hình 3.68 Ảnh FESEM mẫu ZnO pha tạp Ni với các nồng độ pha tạp khác nhau
Hình 3.69 Minh họa quá trình phân ly phân tử khí aceton khi có mặt Ni
+
.
Hình 3.70 Phổ XRD của các mẫu ZnO:Sn với nồng độ pha tạp khác nhau.
Hình 3.71 Ảnh FESEM mẫu ZnO pha tạp Sn
Hình 3.72 Ảnh TEM mẫu ZnO pha tạp Sn
Hình 3.73 Phổ XRD của các mẫu ZnO:Cr.
Hình 3.74 Ảnh FESEM mẫu ZnO pha tạp Cr








~ xi ~

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

 Các ký hiệu
A
0
: angstrom
r : khoảng cách giữa các hạt
tương tác
e : electron
D(E) : mật độ trạng thái
E
A
: năng lượng hoạt hóa
E
C
: năng lượng vùng dẫn
E
D
: năng lượng phân li
E
F
: năng lượng mức Fermi
E
V
: năng lượng vùng hóa trị
k : hằng số Boltzmann
k
abs
: hệ số hấp phụ
k
des
: hệ số giải hấp

 : độ dẫn electron
 : hằng số điện môi
H
C
: năng lượng hấp phụ hóa
học
H
P
: năng lượng hấp phụ vật
lý
n : nồng độ electron
N
C
: mật độ trạng thái vùng
dẫn
N
D
: mật độ các mức donor
N
S
: mật độ các trạng thái tích
điện bề mặt
N
V
: mật độ trạng thái vùng
hóa trị
R : điện trở
R
c
: điện trở tiếp xúc

W : độ rộng rào thế Schottky
 Các chữ viết tắt
ads : adsorption
des : desorption
max : maximum
XRD : xray diffraction
FESEM: field emission scanning
electron microscope
AFM : atomic force microscope
SEM : scanning electron
microscope
ppm : parts per million
MEA : Monoethanolamine
2-ME : 2-Methoxyethanol

1

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường là một trong những vấn đề cấp thiết của xã hội, tác động đến
cuộc sống của tất cả mọi người dù là công dân của quốc gia nào. Có nhiều nguyên nhân
gây ô nhiễm môi trường, có thể kể đến những nguyên nhân chủ yếu như sản xuất công
nghiệp, giao thông, khai thác nguyên, nhiên liệu. Nhu cầu đặt ra là con người phải phát
hiện và kiểm soát được lượng khí thải này. Vì thế, việc chế tạo các thiết bị cảm biến để
kiểm tra nồng độ của các chất khí dễ cháy nổ (CH
4
, H
2
, C
3

H
7
, C
4
H
8
…), các chất khí độc
hại (CO, NO, NO
2
, H
2
S, CH
3
OH, …) là một vấn đề rất cần thiết. Thêm vào đó, một số kết
quả nghiên cứu gần đây về lĩnh vực y học cho thấy, việc tồn tại những khí lạ trong hơi thở
người (acetone, iso propanol, …) là dấu hiệu của sự xuất hiện của những bệnh liên quan
đến gan, tiểu đường, hệ tiêu hóa. Do đó, việc ứng dụng cảm biến vào thiết bị y tế phân
tích hơi thở để định bệnh cũng là một trong những hướng nghiên cứu mới.
Cảm biến khí đã được nghiên cứu từ rất sớm, vào khoảng thập niên 60 của thế kỷ
XX. Cơ chế dò khí dựa trên nguyên tắc cơ bản là tính chất của cảm biến khí sẽ thay đổi
khi môi trường xung quanh thay đổi. Có nhiều loại cảm biến khí khác nhau như cảm biến
quang học, cảm biến điện dung, cảm biến khối lượng, cảm biến độ dẫn,
Trong các loại cảm biến trên thì cảm biến độ dẫn được dùng nhiều trong lĩnh vực
dò khí. Cảm biến độ dẫn được chế tạo chủ yếu từ các oxit bán dẫn (SnO
2
, ZnO, TiO
2
,
WO
3

, …), hoặc từ các loại polymer dẫn. Cơ chế nhạy khí của oxit bán dẫn chủ yếu là xảy
ra những phản ứng hoá học trên bề mặt, làm cho độ dẫn ở bề mặt của vật liệu thay đổi khi
tương tác với các loại khí dò trong khoảng nhiệt độ từ 200
0
C đến 600
0
C. Sự thay đổi độ
dẫn của cảm biến phụ thuộc vào từng loại khí cần dò, bản chất của vật liệu làm cảm biến
và những chất phụ gia sử dụng để pha tạp vào trong vật liệu làm cảm biến. Cảm biến oxit
kim loại màng mỏng cho độ nhạy cao, có khả năng lọc lựa các chất khí cần dò, giá thành
rẻ, giảm được kích thước của cảm biến.

2

Đối tượng được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực dò khí là ZnO, một loại oxit
quen thuộc và rất bền trong các điều kiện hoạt động của thiết bị này. ZnO dạng màng
mỏng dễ dàng tương tác với khí cần dò qua các phản ứng bề mặt. Tuy nhiên, ZnO thuần
không thuận lợi để chế tạo thiết bị dò khí do độ nhạy thấp và hoạt động ở nhiệt độ cao
(màng mỏng ZnO hoạt động tốt ở 300 - 400
o
C). Thêm vào đó, dựa trên các ion oxi được
hấp phụ hóa học trên bề mặt nên màng mỏng ZnO không có tính chọn lọc khí, tương tác
với hầu hết khí khử và khí oxy hóa tồn tại trong môi trường. Chính vì những vấn đề trên,
hạ nhiệt độ hoạt động, tăng tính chọn lọc và tăng độ nhạy của cảm biến là những hướng đi
chính mà các nhà khoa học đang nghiên cứu. Có nhiều cách để đạt được mục đích trên,
trong đó, việc pha tạp kim loại vào màng ZnO là hướng nghiên cứu rộng rãi trên thế giới.
Hiện nay, các phương pháp chế tạo vật liệu ZnO rất đa dạng, như: PVD, CVD hay
phương pháp dung dịch. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm riêng. Tuy nhiên, đứng về mặt
chi phí chế tạo thì phương pháp dung dịch có nhiều lợi thế hơn. Đây là yếu tố quan trọng
mà các nhà sản xuất quan tâm, chú ý đến.

Từ những nhận định trên, trong phạm vi luận văn này, chúng tôi sẽ chế tạo màng
mỏng ZnO bằng phương pháp dung dịch. Màng mỏng ZnO tạo bằng phương pháp dung
dịch có cấu trúc xốp, phù hợp cho những ứng dụng bề mặt và hơn nữa đây là phương
pháp dễ thực hiện và ít tốn kém. Mục đích của luận văn nhằm tạo màng mỏng ZnO có các
tính chất để chế tạo các cảm biến nhạy khí có độ nhạy tốt nhất cho một loại khí, trong
phạm vi luận văn này là hơi rượu ethanol, hơi acetone và hơi rượu 2-propanol. Nhiều
nghiên cứu đã chứng minh rằng bằng cách chọn tạp chất thích hợp và sự khống chế nhiệt
độ làm việc đúng ta có thể thu được độ nhạy cực đại. Khi các điều kiện đó được thỏa, một
sensor được xem là có tính lọc lựa.







3

Chương 1 CẢM BIẾN KHÍ MÀNG MỎNG OXIT
KIM LOẠI

1.1 Giới thiệu

Khi khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển giúp cải thiện đời sống xã hội thì con
người cũng đồng thời phải đối mặt với nhiều hậu quả do quá trình này gây nên. Cùng với
sự phát triển, con người ngày càng tạo ra nhiều loại khí thải, một số loại cực kì độc hại
cho sức khỏe nếu nồng độ vượt giới hạn cho phép. Trong những thập kỉ trước, người ta
bắt đầu quan tâm tới việc nghiên cứu và chế tạo những loại cảm biến khí có thể phát hiện
những loại khí thải độc hại với mục đích bảo vệ môi trường sống. Ngày nay, cảm biến
khí càng thể hiện vai trò quan trọng của mình trong đời sống và công nghiệp. Một số ứng

dụng phổ biến của cảm biến khí được liệt kê ở bảng 1.
Cảm biến khí rắn, hoạt động dựa trên tính chất vật lý, hóa học cơ bản của vật liệu là
những ứng cử viên sáng giá cho việc phát triển cảm biến khí thành những sản phẩm
thương mại, phù hợp cho nhiều ứng dụng. Một số ưu điểm có thể kể đến là kích thước
nhỏ gọn, độ nhạy cao khi dò khí ở nồng độ thấp (ở mức độ ppm hay ppb), sử dụng dễ
dàng, giá thành tương đối rẻ. Những thiết bị phân tích truyền thống như khối phổ kế,
NMR, sắc kí, … đều đắt tiền, kĩ thuật phân tích khó, phức tạp, kích thước lớn, không thể
di chuyển đến nơi cần sử dụng. Hơn nữa, những thiết bị phân tích này đều đòi hỏi phải có
quá trình chuẩn bị mẫu phức tạp, công phu, như vậy không đáp ứng được những yêu cầu
về mặt thời gian trong việc phân tích khí. Gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học,
vật liệu kích thước nano ra đời, góp một bước tiến dài trong việc cải thiện hoạt động của
cảm biến khí, làm tăng độ nhạy, tăng tính chọn lọc và rút ngắn thời gian đáp ứng.






4

Bảng 1.1 Ứng dụng của một số loại cảm biến phổ biến

Ứng dụng
Trong an toàn giao thông
 Kiểm tra nồng độ oxy trong xe ô tô
 Phát hiện khí rò rỉ trong xo ô tô
 Kiểm tra nồng độ cồn
Trong phòng chống cháy nổ
 Kiểm tra, phát hiện cháy nổ
 Kiểm tra, phát hiện nồng độ khí độc hại, khí thải

Trong xử lý và bảo vệ môi trường
 Dự báo thời tiết
 Phát hiện nồng độ chì
 Đo mức độ ô nhiễm môi trường
Trong chế biến thực phẩm
 Kiểm tra chất lượng thực phẩm
 Kiểm tra quá trình chế biến
 Kiểm tra quá trình đóng gói
Trong chuẩn đoán bệnh
 Phân tích hơi thở
 Kiểm tra và phát hiện bệnh tật

Từ khi được phát minh và chế tạo đến nay, công nghệ chế tạo cảm biến khí không
ngừng được hoàn thiện nhằm cải thiện độ nhạy, độ chọn lọc, độ bền và độ lặp lại. Một số
loại cảm biến thông dụng có thể được kể đến như cảm biến khí bán dẫn, cảm biến quang,
cảm biến nhiệt, cảm biến khối lượng hay còn gọi là cảm biến áp điện, cảm biến điện hóa
Nguyên tắc hoạt động của những loại cảm biến trên nói chung đều dựa vào hấp
phụ và tương tác khí cần dò trên bề mặt vật liệu cảm biến, dẫn đến thay đổi tính chất vật

5

liệu, sự thay đổi này có thể được biến đổi thành thay đổi tín hiệu điện, quang, khối
lượng,… và thể hiện ra ngoài.
Bảng 1.2. Một số loại cảm biến khí rắn và các yếu tố vật lý thay đổi trong quá trình
nhận biết khí


Phân loại
Tính chất vật lý thay đổi
1

Cảm biến bán dẫn
Độ dẫn
2
Cảm biến dựa trên hiệu ứng
trường
Công thoát
3
Cảm biến áp điện
Hình dạng, kích thước
4
Cảm biến quang học
Các hệ số quang học : phản xạ, hấp
thụ, chiết suất, độ dài quang học
5
Cảm biến xúc tác
Nhiệt độ
6
Cảm biến điện hóa
Dòng điện hóa trong pin hay suất
điện động của pin

Trong các loại cảm biến nói trên thì cảm biến độ dẫn được dùng nhiều trong lĩnh
vực dò khí. Loại cảm biến này được chế tạo chủ yếu từ các oxit kim loại (SnO
2
, ZnO,
TiO
2
, WO
3
,…). Chúng hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở bề mặt của vật liệu khi có

khí dò. Sự thay đổi này phụ thuộc vào bản chất của loại vật liệu chế tạo cảm biến, hình
thái bề mặt, cấu trúc, tạp chất và loại khí cần dò.
Cảm biến oxit kim loại có thể được chế tạo ở dạng bột, dạng viên, màng mỏng
hoặc màng dày. Cảm biến màng mỏng thường có độ nhạy cao, có khả năng lọc lựa khí
cần dò, kích thước nhỏ và giá thành thấp.





6

1.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến khí
Đã có nhiều mô hình được đưa ra để giải thích cơ chế nhạy khí của các cảm biến khí
dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện. Các oxit kim loại thường có tính bán dẫn loại n do các
sai hỏng phát sinh trong quá trình chế tạo. Tính chất điện được quy định bởi sự hình thành
các rào thế ở giao điện các hạt lân cận, độ cao và độ rộng của rào thế xác định độ dẫn
điện.
Sự thay đổi độ dẫn điện của một cảm biến khí ở dạng màng mỏng, màng dày hoặc từ
dạng bột được thể hiện qua các giai đoạn :
 Oxi hấp phụ trên bề mặt màng và hình thành rào thế Schottky
Trên bề mặt vật rắn, tính tuần hoàn của cấu trúc bị phá vỡ, tạo ra trên bề mặt
những vị trí chưa bão hoà, là những vị trí mà các nguyên tử liên kết với nhau không hoàn
chỉnh. Khi đó, sẽ có một vài nguyên tử bị thiếu điện tử, tạo nên những liên kết trống bất
bão hoà và không thể liên kết với các nguyên tử lân cận khác, từ đó xuất hiện những mức
năng lượng mới, hoạt động như một donor hoặc aceptor. Khi đặt trong môi trường khí
quyển, màng bị bao phủ bởi một lượng lớn phân tử oxi. Ban đầu các phân tử oxi này chỉ
hấp phụ vật lý trên màng mà không làm thay đổi mật độ điện tích của màng. Nhiệt độ cao
nhất đạt được cho quá trình này vào khoảng 80
o

C. Hấp phụ vật lý [20] là một dạng liên
kết yếu trên bề mặt. Khi xảy ra hấp phụ vật lý, cấu trúc hình học và cấu trúc điện tích trên
bề mặt không bị thay đổi mà chỉ mất đi một lượng nhỏ năng lượng. Hấp phụ vật lý dựa
trên liên kết Van der Waals, hầu hết lực tương tác giữa các phân tử với nhau là lực tĩnh
điện Ở nhiệt độ dưới 100
0
C, các phân tử oxi hấp phụ vật lý trên bề mặt chỉ tạo thành đơn
lớp. Năng lượng liên kết này rất nhỏ, chỉ khoảng 0,01-0,1eV. Các phân tử liên kết bởi lực
này di chuyển trên bề mặt bán dẫn mà không thay đổi tính chất điện. Năng lượng hoạt hóa
để các phân tử oxi hấp phụ vật lý khuếch tán thường nhỏ hơn năng lượng hấp phụ. Thông
thường, xác suất để một phân tử chiếm lấy vị trí của phân tử kế cận thường lớn hơn quá
trình giải hấp. Tại nhiệt độ này, một cảm biến khí bán dẫn muốn hoạt động được thì luôn
phải có chất xúc tác do phân tử oxi chưa có khả năng tương tác với các phân tử khí khử
hoặc oxi hóa trong môi trường.

7

Khi nhiệt độ tăng lên, các phân tử khí oxi sau khi bị hấp phụ vật lý trên màng sẽ
tương tác với bề mặt màng thông qua quá trình hấp phụ hoá học tại các liên kết bất bão
hòa trên bề mặt, dẫn đến sự thay đổi mật độ điện tích hay cấu trúc vùng năng lượng của
màng. Hấp phụ hóa học [20] là loại liên kết mạnh giữa các nguyên tử oxi hấp phụ với bề
mặt vật liệu, làm thay đổi cấu trúc của bề mặt. Liên kết hóa học có thể diễn ra đối với
phân tử hoặc nguyên tử. Khi được cung cấp năng lượng nhiệt (>100
o
C), các phân tử oxi
bị phân ly do quá trình hấp phụ hóa học. Đầu tiên, oxi liên kết với nguyên tử của bề mặt
bán dẫn thông qua liên kết lưỡng cực. Sau đó, các điện tích sẽ dịch chuyển ra khỏi bề mặt
bán dẫn thông qua cơ chế di chuyển điện tích, tạo thành liên kết hóa học giữa oxi và
nguyên tử bề mặt. Liên kết và năng lượng hoạt hóa của phản ứng bề mặt phụ thuộc vào
thông số mạng và sự sai hỏng của bề mặt. Những vị trí hoạt tính cho phản ứng hấp phụ

hóa học thường là các vị trí khuyết oxi trên bề mặt. Quá trình này làm tăng điện trở bề
mặt bán dẫn. Độ dẫn điện của bán dẫn tỉ lệ nghịch với mật độ nguyên tử oxi bị hấp phụ
hóa học và áp suất riêng phần của oxi. Quá trình cân bằng nhiệt động giữa áp suất riêng
phần của oxi và oxi thiếu hụt trong tinh thể đạt được ở nhiệt độ trên 250
o
C.
Trong quá trình hấp phụ hóa học, các phân tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng
hóa trị và có sự sắp xếp lại mật độ điện tử giữa khí hấp phụ và bề mặt. Khi xảy ra hấp
phụ trên bề mặt, các phân tử khí oxi chuyển đổi theo sơ đồ:
O
2khí


O
2 hấp phụ


(O
2 hấp phụ
)
-


2(O
hấp phụ
)
-


(O

hấp phụ
)
2-


(O
mạng
)
2-
(1. 1)
Ở nhiệt độ phòng, trạng thái cân bằng (O
2 hấp phụ
)
-
đạt được từ trạng thái khí O
2
xảy
ra rất chậm. Khi nhiệt độ tăng, (O
2 hấp phụ
)
-
chuyển thành 2(O
hấp phụ
)
-
hoặc (O
hấp phụ
)
2-
tương

ứng với việc lấy đi một hoặc hai electron từ màng, từ đó dẫn đến ra sự gia tăng mật độ
điện tích bề mặt tương ứng với sự bẻ cong dải năng lượng và thay đổi độ dẫn bề mặt. Các
trạng thái của nguyên tử oxi trên bề mặt màng phụ thuộc vào nhiệt độ như sau [61]:



 
ads
Ct
gas
OeO
o
2
80
2




 
ads
Ct
ads
OeO
o
2
150
2





 
2
500
222
ads
Ct
ads
OeO
o

Ở nhiệt độ cao hơn 600
o
C xuất hiện sự khử nhiệt oxi trên bán dẫn nền.

8

Trong các dạng chuyển đổi của oxi hấp phụ hóa học, O
2-
không có độ ổn định cao
và không đóng góp nhiều trong việc xác định độ nhạy, ngược lại O
-
là dạng có hoạt tính
cao, nổi trội và ảnh hưởng nhiều đến tính nhạy khí của màng. Tuy nhiên thành phần này
chỉ chiếm ưu thế ở nhiệt độ cao khoảng 150 – 500
o
C nên quá trình hoạt động của các cảm
biến khí thông thường nằm trong khoảng nhiệt độ này.
Oxi hấp phụ hoá học trên bề mặt sẽ lấy điện tử từ màng, tạo nên vùng điện tích

không gian gần bề mặt của bán dẫn loại n. Tuy nhiên, lượng oxi bị ion hóa trên bề mặt bị
giới hạn do vùng năng lượng bị uốn cong. Quá trình hấp phụ hoá học không diễn ra được
nữa khi mức Fermi trong khối cân bằng với mức năng lượng bị chiếm cao nhất ở bề mặt.
Độ lớn của vùng điện tích không gian có thể được tính toán từ mô hình Schottky. Độ phủ
bề mặt tối đa cho khí oxi được tính toán từ giới hạn Weisz là khoảng 10
12
tới 10
13
phân tử
trên 1 cm
2
.

Hình 1.1 Sự hình thành lớp nghèo điện tích khi các hạt bán dẫn tiếp xúc với không
khí [3]

Độ rộng vùng điện tích không gian được xác định bởi công thức :
d
2
SC
Nq
L
kT


(1. 2)
với : L
SC
là độ rộng vùng điện tích không gian trong bán dẫn.

9

N
d
là mật độ ion donor trên bề mặt.
Chiều cao rào thế khi đó có giá trị:
d
2
S
2
N2
Ne
eV


S
(1. 3)
với N
S
: mật độ trạng thái mặt ngoài tạo bởi quá trình hấp phụ của phân tử oxi.
Rào thế Schottky eV
S
mô tả điện thế giữa bề mặt và trong khối của bán dẫn mà
electron phải vượt qua để có thể dẫn điện.
Mật độ điện tích tự do trên bề mặt được tính bởi:









kT
eV
expNn
S
dS
(1. 4)
Mật độ điện tích tự do trên bề mặt thể hiện khả năng hấp phụ và chuyển hoá của
oxi trong quá trình dò khí.
 Oxi hấp phụ tương tác với các chất khí cần dò
Sau quá trình hấp phụ hóa học, nếu đặt màng vào trong môi trường khí cần dò,
tương tác của khí với màng và/hoặc oxi hấp phụ sẽ làm thay đổi tính chất điện của màng.
Sự thay đổi này giúp nhận biết loại khí tương tác cũng như nồng độ của chúng. Cụ thể
như sau:
Các oxi hấp phụ hóa học thực hiện phản ứng oxi hóa – khử với các chất khí của
môi trường xung quanh, làm thay đổi tiếp tục giản đồ năng lượng và thay đổi độ dẫn điện
của màng. Tùy thuộc vào các chất khí khác nhau, phản ứng giữa oxi hấp phụ hóa học với
chúng sẽ khác nhau [36].
Đối với khí khử : khí khử khi tương tác với bề mặt oxit bán dẫn sẽ xảy ra phản
ứng giữa oxy hấp phụ O
-
, O
2-
với

các khí khử này, giải phóng electron tự do về lại khối,
làm giảm độ rộng vùng nghèo, từ đó làm giảm giá trị điện trở của màng.
Phương trình phản ứng giữa oxy hấp phụ và khí khử ( H

2,
CO, các loại rượu…)[31]:
O
-
+ CH
3
OH = HCHO + H
2
O + e
-
(1.5)
Đối với khí oxi hóa : khí oxi hóa khi tương tác với bề mặt oxit bán dẫn thì vừa
phản ứng với oxy hấp phụ, vừa hút các e tự do từ màng làm tăng thêm độ rộng vùng
nghèo từ đó làm tăng giá trị điện trở của màng.

10

Phương trình phản ứng giữa oxy hấp phụ và khí oxy hóa (NO, NO
2
…):
NO
x
+ e
-
= NO
x
-
(1.6)

Hình 1.2 Hình mô tả sự thay đổi điện trở khi màng đặt trong môi trường khí
cần dò

Cấu tạo của một thiết bị cảm biến khí [5] bao gồm màng oxit bán dẫn phủ trên đế
chịu nhiệt có thể là thủy tinh hoặc kim loại, hai điện cực để đo sự thay đổi điện trở khi khí
tiếp xúc với màng oxit bán dẫn và bộ phận đốt nóng để duy trì nhiệt độ làm việc của cảm
biến (hình 1.3).
Hoạt động của một cảm biến khí oxit bán dẫn gồm hai quá trình chính : tiếp nhận tín
hiệu và chuyển đổi tín hiệu. Lớp vật liệu bán dẫn giữ vai trò chính trong quá trình phát
hiện khí dò, chuyển đổi lượng khí bị hấp phụ thành sự thay đổi của điện trở hay nói một
cách khác, biến tín hiệu không phải điện (nồng độ khí) thành tín hiệu điện (điện trở).
Vật liệu làm đế thường được chọn là nhôm (Al) hoặc đế Silic, những loại đế có thể
chịu được nhiệt độ hoạt động cao.
Điện cực là chi tiết dùng để truyền dẫn sự thay đổi tín hiệu hóa học thành tín hiệu
điện và xuất ra ngoài. Trong một số thiết kế, điện cực còn có thể kết hợp để làm bộ nâng

11

nhiệt trong thiết bị cảm biến. Platin (Pt) là loại vật liệu thường được dùng để chế tạo điện
cực.

Hình 1.3 Cấu tạo một cảm biến khí

1.3 Các đại lượng đặc trưng của cảm biến khí [31]
Khi xét đến cảm biến oxit bán dẫn, các đại lượng thường được nhắc đến là: độ nhạy,
thời gian đáp ứng và hồi phục, tính lọc lựa.
1.3.1 Độ nhạy
Độ nhạy là thông số đặc trưng nhất của thiết bị cảm biến, cho thấy sự thay đổi về
tính chất vật lý hoặc hóa học khi tương tác với môi trường khí. Trong trường hợp cảm

biến khí điện trở, độ nhạy (S) là tỉ số giữa điện trở của mẫu đo trong không khí và đo
trong môi trường chứa khí dò.
Đối với khí khử
S = R
a
/R
g
(với R
a
> R
g
) (1.7)
Đối với khí oxi hóa:
S = R
g
/R
a
(với R
g
> R
a
) (1. 8)
Ngoài ra, độ nhạy cũng có thể được định nghĩa bởi công thức:









kT
eVeV
G
G
S
SS
air
gas
21
exp
(1.9)

12

với G
gas
= G
0
exp(
2S
eV
kT

); G
air
= G
0
exp(
1S

eV
kT

) (1.10)
trong đó:
R
a
: Điện trở của cảm biến trong không khí (MΩ)
R
gas
: Điện trở của cảm biến trong môi trường chứa khí cần dò (MΩ)
eV
S1
: Độ cao rào thế chưa có khí dò;
eV
S2
: Độ cao rào thế khi có khí dò;
k : Hằng số Boltzmann;
T : Nhiệt độ tuyệt đối (K);
G
air
: Độ dẫn của cảm biến trong môi trường không khí khô và sạch;
G
gas
: Độ dẫn của cảm biến trong môi trường khí dò.
1.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy
 Cấu trúc xếp chặt và cấu trúc xốp [16]
Đối với màng có cấu trúc xếp chặt thì quá trình nhạy khí chủ yếu xảy ra trên bề
mặt, ít phụ thuộc vào độ dày, do đó mà nồng độ khí hấp phụ không cao, độ nhạy kém.
Đối với màng có cấu trúc xốp, ngoài việc phản ứng trên bề mặt còn có hiện tượng khuếch

tán của khí vào sâu trong các biên hạt, do đó, tăng cường khả năng phản ứng của khí với
vật liệu, làm cho độ nhạy tăng. Tuy nhiên với cấu trúc quá xốp hay màng quá dày thì sẽ
ảnh hưởng tới tốc độ hồi đáp của thiết bị. Do đó, khi chế tạo, cần phải cân bằng các yếu tố
trên để có có được độ nhạy tối ưu.
 Vi cấu trúc [64]
Trong cảm biến khí bán dẫn, các hạt kết tinh liên kết với nhau thông qua “cổ hạt”
tiếp xúc tạo thành những hạt lớn hơn. Những hạt lớn hơn này lại liên kết với những hạt
tương tự thông qua tiếp xúc biên hạt. Khi đặt trong môi trường không khí, lớp oxi hấp phụ
tạo một vùng điện tích không gian bao quanh các hạt vật liệu.
Khi kích thước hạt rất lớn (D >> 2L
SC
), các electron dẫn di chuyển tự do bên trong
hạt và chỉ phải vượt qua được hàng rào thế năng gây ra bởi vùng nghèo điện tích ở chỗ
tiếp xúc biên hạt (hình 1.4). Trong trường hợp này, điện trở của sensor khí được xác định

13

thông qua điện trở được cho bởi chỗ tiếp xúc biên hạt, độ nhạy của bán dẫn không phụ
thuộc vào kích thước hạt.

Hình 1.4 Mô hình biểu diễn kích thước hạt của màng nhạy khí lớn hơn độ rộng
vùng nghèo (D>>2L
SC
)
Khi kích thước hạt giảm, vùng nghèo thâm nhập sâu hơn vào bên trong mỗi hạt.
Khi kích thước hạt xấp xỉ độ rộng vùng nghèo (D ≥ 2L
SC
), vùng nghèo sẽ hình thành các
vị trí cổ tại mỗi vị trí cổ tiếp xúc bên trong mẫu, làm phạm vi di chuyển của điện tử trong
hạt bị thu hẹp lại . Vì thế, các electron dẫn phải vượt qua các hàng rào thế năng tại những

“eo” này lẫn rào thế tại vị trí biên hạt. Lúc này điện trở của sensor khí được xác định chủ
yếu bởi điện trở cổ tiếp xúc. Khi kích thước các cổ xấp xỉ bằng kích thước hạt thì độ
nhạy của cảm biến phụ thuộc vào kích thước hạt (hình 1.5)

Hình 1.5 . Mô hình biểu diễn kích thước hạt tương đương với độ rộng vùng nghèo
D ≥ 2L
SC

Khi kích thước hạt giảm xuống nhỏ hơn nữa (D < 2L
SC
), toàn bộ hạt kết tinh sẽ
không có electron tự do. Vùng nghèo lúc đó thâm nhập hoàn toàn vào bên trong hạt. Điện
trở của vật liệu lúc này được xác định chủ yếu thông qua các phản ứng oxi hóa khử trên

14

bề mặt màng. Kết quả là khi D < 2L
SC
, độ nhạy của cảm biến khí tăng lên và độ nhạy bị
chi phối bởi kích thước hạt (hình 1.6)

Hình 1.6. Mô hình biểu diễn kích thước hạt nhỏ hơn độ rộng vùng nghèo
(D<2L
SC
)
Như vậy, đối với những hạt có kích thước lớn, độ nhạy phụ thuộc chủ yếu vào sự
thay đổi rào thế, chỉ một phần vào kích thước hạt. Còn đối với những hạt có kích thước
rất nhỏ, khi mà các cổ điều khiển độ dẫn, độ nhạy phụ thuộc mạnh vào kích thước hạt, với
sự tăng độ nhạy khi kích thước hạt giảm. Đối với màng ZnO, khi kích thước hạt đạt tới
khoảng 40nm thì độ nhạy sẽ gia tăng đáng kể (hình 1.7).

Hình 1.7 Mô tả ảnh hưởng của kích thước hạt lên độ nhạy của màng
 Nhiệt độ
Nhiệt độ bề mặt [18] của cảm biến là một trong những thông số quan trọng nhất
ảnh hưởng đến độ nhạy. Nhiệt độ có ảnh hưởng đặc biệt đến những thuộc tính liên quan