ساخت، مشخصه يابي و بررسي ويژگي‌هاي حسگري گازي لايه‌هاي نازك MoO3

Fabrication, characterization and investigation of gas sensing properties of MoO3 thin films

در اين پژوهش، لايه­ هاي نازك اكسيد موليبدن (α-MoO3) بر زيرلايه ­هاي شيشه­ اي به روش اسپري پايروليزيز لايه ­نشاني شد. ازM 0/05 آمونيوم هپتاموليبدات تتراهيدرات به عنوان پيش­ماده و از آب مقطر به عنوان حلال استفاده گرديد. اثر فشار گاز حامل طي افشاندن محلول بر ويژگي­ هاي ساختاري، نوري، ريخت‌شناسي و حسگري گازي لايه‌ها بررسي شد. تحليل الگوي پراش پرتو (X (XRD رشد ترجيحي در راستاي [020] و تشكيل فاز آلفاي اكسيد موليبدن را نشان داد. شديدترين قله ها در الگوي XRD نمونه تهيه شده در فشار bar2 ديده شد كه نشان دهنده بلورينگي بهتر اين نمونه است. افزون بر اين، طيف رامان اين نمونه نتايج XRD را تاييد نمود. نتايج طيف سنجي UV-Vis نشان داد كه نمونه تهيه شده با فشار گاز حاملbar 8/1 بيشترين ميزان جذب اپتيكي و كمترين گاف نواري (eV 48/3 ~ ) را دارد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) ساختار لايه اي نمونه-ها را نشان داد. علاوه بر اين، قطعات حسگر گازي بر پايه نمونه ­هاي تهيه شده در فشارهاي مختلف گاز حامل ساخته و عملكرد حسگري آن ها بررسي شد. نتايج نشان داد كه دماي كار بهينه (يعني كمترين دما با بيشترين پاسخ حسگري در غلظت مشخص ppm 200 بخار اتانول) مقدار ºC 200 و مربوط به نمونه تهيه شده در فشار گاز حامل bar 1/8 است. همچنين بررسي اثر غلظت بخار اتانول در حضور اين حسگر، افزايش حساسيت را به ترتيب از مقدار 1/42 تا 15/62 درصد براي غلظت بخار از 100 تا ppm 1000 نشان داد.

In this research, molybdenum oxide (α-MoO3) thin films were coated on glass substrates using spray pyrolysis technique. 0.05 M ammonium heptamolybdate tetrahydrate was used as precursor and deionized water as solvent. The effects of carrier gas pressure, during the spraying of the solution, on the structural, optical, morphological and gas sensing properties of thin films were studied. X-ray diffraction (XRD) pattern analysis showed preferred growth at (020) peak direction and the formation of alpha phase of molybdenum oxide. The most intensive peaks were observed in the XRD pattern of the sample prepared under the carrier gas pressure of 2 bar, which indicates better crystallization of the sample. In addition, Raman spectrum of this sample confirmed the XRD results. UV-Vis spectroscopy results showed that the sample prepared under the carrier gas pressure of 1.8 bar has the highest optical absorption and the lowest band gap (~ 3.48 eV). Scanning electron microscope (SEM) images showed the layer structure of samples. Moreover, gas sensor devices based on the prepared samples at different carrier gas pressures, were fabricated and their sensing performances were investigated. Results showed that, the work temperature (i.e. the lowest temperature with the highest gas response at the specified ethanol vapor concentration of 200 ppm) was 200 ºC and belongs to the sample prepared under the carrier gas pressure of 1.8 bar. Also, studying the effect of ethanol vapor concentration extent for this sample showed the increasing of sensitivity percent from 1.42 to 15.62 % for 100 to 1000 ppm ethanol vapor, respectively.