Details

Датчики на основе смешанных металлооксидных полупроводников характеризуются быстрым откликом и низким энергопотреблением. В качестве бинарного соединения в таких датчиках широко используется оксид цинка. Газочувствительные структуры на его основе могут быть улучшены при создании близлежащих адсорбционных центров для газа-сенсибилизатора и детектируемого газа. В работе газочувствительные слои на основе наностержней оксида цинка получены гидротермальным методом, а затем модифицированы в растворах, содержащих в качестве прекурсоров станнат калия и сульфат железа, для формирования композитных образцов ZnO-Sn и ZnO-Fe соответственно. С помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии проанализировано влияние модификации сенсорных слоев, состоящих из наностержней оксида цинка, при последующей обработке в растворах соединений других металлов (олова и железа) на химический состав поверхности. Проанализированы сенсорные свойства полученных образцов при детектировании паров изопропилового спирта. Обнаружено, что в зависимости от технологических условий изменяется содержание кислорода в виде адсорбированных частиц. В адсорбции таких частиц участвуют кислородные вакансии. Показано, что газочувствительные свойства зависят от содержания кислородных вакансий. Установлено, что модифицирование сенсорных слоев происходит в процессе формирования композитных поверхностных структур ZnO-Sn и ZnO-Fe и приводит к изменениям распределения адсорбционных центров и их энергетики. Преобразование активных центров адсорбции кислорода и восстанавливающих газов происходит при изменении концентрации вакансий кислорода и приводит к увеличению сенсорного отклика к парам изопропилового спирта.

Sensors based on mixed metal-oxide semiconductors are characterized by fast response and low energy consumption. In these sensors, zinc oxide is commonly used as binary compound. Gas-sensitive structures based on ZnO can be improved by creation of adjacent adsorption sites for sensitizer gas and target gas. In this work, gas-sensing layers based on zinc oxide nanowires were synthesized by hydrothermal method and then modified in solutions containing precursors - potassium stannate and iron sulfate - to form composite samples of ZnO-Sn and ZnO-Fe, respectively. X-ray photoelectron spectroscopy was used to analyze the effect of modification of sensor layers composed of ZnO nanowires during subsequent processing in solutions of other metal compounds (tin and iron) on the chemical composition of their surface. Sensor properties of the samples were analyzed when detecting isopropyl alcohol vapors. It was found that, depending on the technological conditions, the oxygen content in the form of adsorbed particles changes. Oxygen vacancies participate in the adsorption of such particles. It was demonstrated that the gas-sensitive properties depend on the content of oxygen vacancies. It has been established that the modification of sensor layers takes place with formation of composite surface structures ZnO-Sn and ZnO-Fe and leads to the redistribution of adsorption sites and their energetics. The modification of active surface sites for oxygen and reducing gases adsorption occurs with oxygen vacancies concentration change and leads to increase in the sensor response to isopropyl alcohol vapors.