بهبود حسگر گاز سولفید هیدروژن (H2S) بر پایۀ لایه‌های نازک نیمه‌هادی اکسید فلز (NiO)

مهدی شاکر الجراح, رضیه; رحیم, نوار

doi:10.47176/ijpr.23.3.71530

بهبود حسگر گاز سولفید هیدروژن (H2S) بر پایۀ لایه‌های نازک نیمه‌هادی اکسید فلز (NiO)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

رضیه مهدی شاکر الجراح

نوار رحیم

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه کوفه، نجف، عراق

https://doi.org/10.47176/ijpr.23.3.71530

چکیده

خواص ساختاری و ریخت‌شناسی لایه‌های نازک NiO برای بررسی امکان بهره‌برداری از آن به عنوان یک حسگر گاز مورد مطالعه قرار گرفته است. این لایه‌های نازک با استفاده از روش تجزیه در اثر حرارت افشانه شیمیایی بر روی بسترهای شیشه‌ای با استفاده از غلظت های مختلف محلول آبی نیترات نیکل هگزا هیدرات [Ni(NO3)2:6H2O] به دست آمده است. لایه‌های تولید شده با استفاده از پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ نیروی اتمی مشخصه‌یابی شدند. بررسی‌ها نشان داد که نمونه‌ها یک ساختار مکعبی چند کریستالی با جهت‌گیری ترجیحی در امتداد صفحۀ (111) دارند. تحلیل توپوگرافی سطح (AFM) نشان می‌دهد که اندازۀ دانه‌ها با افزایش غلظت افزایش می‌یابد، به گونه‌ای که میانگین قطر دانه‌ها از 04/42 تا 06/110 نانومتر در غلظت‌های 01/0 تا 1/0 مولار افزایش می‌یابد. نتایج سنجش گاز نشان می‌دهد حساسیت لایه‌های نیمه‌هادی اکسید نیکل به گاز سولفید هیدروژن تحت تأثیر اندازۀ بلورهای در حال رشد و دمای کار است.

کلیدواژه‌ها

AFM

حسگر گاز

نیمه‌هادی اکسید فلزی

دمای عملیاتی

حساسیت

موضوعات

لایه‌های نازک

عنوان مقاله English

Enhance hydrogen sulfide (H2S) gas sensor based on metal oxide semiconductor (NiO) thin films

نویسندگان English

Radhiyah M Aljarrah

Nawar Rahim

Department of Physics, Faculty of Science, Kufa University, Najaf, Iraq

چکیده English

The morphological and structural properties of NiO films have been studied to find out the possibility of exploit (exploiting) it as a gas sensor. The thin film of the nickel oxide has been obtained by a chemical spray pyrolysis technique on glass substrates using various concentrations of nickel nitrate hexahydrate [Ni(NO₃)₂:6H₂O] aqueous solution. The produced films were characterized using X-Ray diffraction and atomic force microscopy. The investigations revealed that the crystal structure are a cubic polycrystalline with preferential orientation along the (111) plane. The topographical analyse (AFM) shows that the values of the grain size increasing with increase the concentration, where average of the grain diameter raised from 42.04-110.058 nm of 0.01 M and 0.1M concentrations respectively. The gas sensing results demonstrate that sensitivity of nickel oxide semiconductor films to the hydrogen sulfide gas are affected by the size of the growing crystallites and the operating temperature.

کلیدواژه‌ها English

AFM

gas sensor

metal oxide semiconductor

operating temperature

sensitivity

I Hotovy , V Rehacek, M Kemeny, P Ondrejka, I Kostic, M. Mikolasek , and L Spiess, Journal of Electrical Engineering 72, 1 (2021) 61.
P S Patil and L D Kadam, Applied Surface Science 199 (2002) 211.
I Hotovy, V Rehacek, P Siciliano, S Capone, and L Spiess, Thin solid films 418 (2002) 9.
S Palanichamya, J Raj Mohamedb, K Deva, Kumarc, P S Satheesh Kumara, S Pandiarajand, and L Amalraj, Optik, 194 (2019)
Y S Amir and J M Abass, International Letters of Chemistry, Physics and Astronomy 13 (2013) 90.‏
J Zhang, Z Qin, D Zeng, and C Xei , Chem. Chem. Phys. 19 (2017) 6313.
M GhouAli S, “Elaboration and characterization of nanostructuring NiO thin films for gas sensing applications”, Doctoral Thesis, Biskra University, Algeria (2019) 38.
Y ZhO, H Wang, C Wu, Z F Shi, F B Gao, W C Li, G G Wu, B L Zhang, and G T Du, Vacuum 103 (2014) 14.
A M Soleimanpour, M Amir Jayatissa, and H Ahalapitiya, Applied Surface Science 276 ( 2013) 291.
D Y Jianga, J M Qina, X Wangb, S Gaoa, A C Lianga, and J X Zhaoa, Vacuum 86, 8 ( 2012) 1083.
V Julijana, P G Margareta, N Metodija, and S Nace, Silpakorn University Science and Technology Journal 5, 1 ( 2011) 34.
J H Ahmed, Journal of Modern Physics 5 (2014) 2184.
L Sang, Guogang Xu, Zhiwei Chen, Xinzhen Wang, Hongzhi Cui, Gaoyu Zhang, Yajie Dou, Materials Science in Semiconductor Processing 105 (2020) 104710.‏
P Shankar and J B B Rayappan, Science Letters Journal 126, 4 (2015) 1.
Radhyah M Aljarrah, Journal of Physics: Conference Series. 1279, 1 ( 2019)
Sharma, Bharat, and Jae-ha Myung, Ceramics International 46 ( 2020) 11.
Radhyah M Aljarrah and A M Aljawdah, Materials Science Forum 1039 (2021) 416.
Radhyah M Aljarrah and I M Alessa, International Journal of Energy and Environment 10, 3 ( 2019) 163.‏
A S Garde, International Journal of Chemical and Physical Sciences 5, 3 (2016)
D Callister, “Materials science and engineering an introduction”, John Wiley and Sons, New York , (1997) 174.
C Ricbard Brundle Charles A Evans, Jr., Sbaun Wihon, and Lee E Fitzpatrick, “Encyclopedia of Materials Characterization: Surfaces, Interfaces, Thin Films”, Publishing by Butterworth- Heinemann, a division of Reed CUSA Inc (1992).
Y Shao, D Tang, J Sun, Y Lee, and W Xiong, China Part. 2 ( 2004) 119.
John J Quinn and Kyung-Soo Yi, “Solid State Physics Principles and Modern Applications”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, (2009).
R Barir, B Benhaoua, S Benhamida, A Rahal, T Sahraoui, and R Gheriani, Journal of Nanomaterials (2017) 1.
S Joishy, and B V Rajendra, Journal of Electronic Materials 47, 11 ( 2018) 6681.
M Dharani Devi, A Vimala Juliet, K Hariprasad, V Ganesh, H Elhosiny Ali, H Algarni, and I S Yahia, Materials Science in Semiconductor Processing 127 ( 2021) 105673.
M M Gomaa, M H Sayed, V L Patilb, M Boshta, and P S Patil, Journal of Alloys and Compounds 885 (2021) 160908.
M Kandyla , C Chatzimanolis-Moustakasa, M Guziewiczb, and M Kompitsas, Materials Letters 119 (2014) 51.