Luận án Nghiên cứu chế tạo và tính nhạy khí của cấu trúc dị thể giữa dây nano SnO₂ và một số oxit kim loại bán dẫn

 Biến tính bề mặt dây nano SnO2 bằng phương pháp nhúng phủ dây nano SnO2 
trong dung dịch muối AgNO3 để tạo dây nano cấu trúc dị thể khác loại hạt tải n-
SnO2/p-Ag2O với mật độ hạt nano biến tính khác nhau. 
• Biến tính bề mặt dây nano SnO2 bởi lớp ZnO bằng phương pháp CVD với 
thời gian mọc lớp biến tính là 5, 10, 15 phút để tạo dây nano cấu trúc dị thể cùng loại 
hạt tải n-SnO2/n-ZnO với chiều dày lớp biến tính khác nhau. 
• Biến tính bề mặt dây nano SnO2 bằng phương pháp phún xạ một chiều DC 
lần lượt với bia kim loại là W và thời gian phún xạ khác nhau kết hợp với ủ nhiệt 
trong không khí để tạo dây nano cấu trúc dị thể cùng loại hạt tải n-SnO2/n-WO3 có 
chiều dày lớp nano biến tính khác nhau. 
• Trình bày các phương pháp khảo sát hình thái và cấu trúc của các cảm biến 
đã chế tạo. 
• Trình bày phương pháp khảo sát tính nhạy khí H2S của các cảm biến. 
55 
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH 
NHẠY KHÍ CỦA DÂY NANO OXIT KIM LOẠI BÁN DẪN 
CẤU TRÚC n-SnO2/p-SMO 
Trong chương này chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo dây nano oxit 
kim loại bán dẫn cấu trúc dị thể khác loại hạt tải n-SnO2/p-SMO và đặc trưng nhạy 
khí H2S nồng độ thấp (1 ÷10 ppm) của các mẫu chế tạo. Kết quả nghiên cứu cũng thể 
hiện ảnh hưởng của độ dày lớp biến tính Ag2O, NiO trên bề mặt dây nano SnO2 và 
nhiệt độ làm việc của cảm biến đến tính chất nhạy khí. Cơ chế nhạy khí H2S của cảm 
biến được giải thích bằng lý thuyết vùng năng lượng và quá trình sufua hóa. 
3.1. Cảm biến dây nano cấu trúc n-SnO2/p-Ag2O 
Cấu trúc, thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của dây nano SnO2 biến tính 
bề mặt bởi các hạt nano Ag2O bằng phương pháp CVD kết hợp với phương pháp 
nhúng phủ đã được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM; JEOL 7600F), 
và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS), kính hiển vi điện tử truyền qua (HRTEM; 
JEOL 2100F) và giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD; .) [2]. Các cảm biến sau khi kiểm 
tra hình thái và cấu trúc được khảo sát tính nhạy khí H2S nồng độ 0,1 ÷ 1 ppm. 
3.1.1. Hình thái và cấu trúc của cảm biến 
Để khảo sát hình thái, cấu trúc và tính chất của vật liệu chúng tôi đã chọn các 
mẫu cảm biến dây nano SnO2 chưa biến tính (S0), cấu trúc SnO2/Ag2O tạo được 
tương ứng với dây nano SnO2 nhúng trong dung dịch muối AgNO3 nồng độ là 0,2 
mM, 1 lần nhúng (S2) và cấu trúc SnO2/Ag2O tạo được tương ứng với nồng độ muối 
AgNO3 là 1 mM, 20 lần nhúng (S5) để phân tích SEM, EDS và TEM. Hình 3.1 (A) 
minh họa hình ảnh SEM của cảm biến dây nano SnO2 (S0) được mọc trên điện cực 
Pt có phủ Au. Đáng chú ý là điện cực răng lược được sử dụng có khoảng cách giữa 
hai khe là 20 μm, dây nano SnO2 mọc dài đã nối các khoảng trống giữa hai điện cực. 
Các dây nano SnO2 mọc chủ yếu trên bề mặt các điện cực răng lược Pt, nhưng chiều 
56 
dài của chúng được điều khiển đủ để kết nối giữa các răng lược và do đó hoạt động 
như các kênh dẫn trong phép đo khí của cảm biến. Đường kính trung bình của các 
dây nano là khoảng 70 nm. Bề mặt của các dây nano SnO2 chưa biến tính mịn, cấu 
trúc đơn tinh thể. Kết quả này phù hợp với sự phát triển dây nano theo cơ chế hơi – 
lỏng – rắn [98]. Ở đây chúng tôi đã sử dụng vàng như chất xúc tác trong quá trình 
mọc dây SnO2, nên vành đai giống như NWs thu được ở trạng thái ban đầu. Dây nano 
SnO2 có cấu trúc đơn tinh thể như đã trình bày trong bài viết của tác giả N.X.Thai và 
cộng sự [67]. Phân tích thành phần của dây nano SnO2 bởi phổ năng lượng tán xạ tia 
X (EDS) - Hình 3.1 (B) cho thấy sự tồn tại của các nguyên tố O2, Sn và Pt trong đó 
Pt là từ điện cực, trong khi O2 và Sn là từ dây nano SnO2. 
Các hình ảnh SEM của SnO2 NWs sau khi được biến tính bởi lớp hạt nano Ag2O 
(S2) được trình bày trong Hình 3.1 (C), trong đó các hình nhỏ là hình ảnh SEM độ 
phóng đại thấp. Các điện cực răng lược được bao phủ bởi SnO2 NWs, bề mặt dây 
nano được phủ bởi các hạt nano Ag2O bằng phương pháp nhúng phủ duy trì hình thái 
của SnO2 NWs nhưng các bề mặt dây nano không được mịn như mẫu nguyên bản và 
các hạt rất nhỏ được nhìn thấy trong hình ảnh SEM. Hình ảnh SEM độ phóng đại cao 
cho thấy sự có mặt của các hạt nano Ag2O trên bề mặt của dây nano SnO2. Phân tích 
EDS của mẫu S2 - Hình 3.1 (D) đã xác nhận sự có mặt của Ag ở mức năng lượng 
2,98 eV. Ảnh SEM của mẫu S5 được thể hiện trên Hình 3.1 (E). Với sự gia tăng nồng 
độ AgNO3 lên 1 mM và số lần nhúng phủ là 20 cho thấy hình thái của dây nano SnO2 
biến tính có sự thay đổi. Bề mặt của các cảm biến được phát hiện có độ nhám tăng. 
Hạt nano Ag2O có thể được nhìn thấy trong hình ảnh SEM của mẫu S5. Các hạt nano 
Ag2O liên tục hoặc không liên tục được gắn trên bề mặt của dây nano SnO2. Phân 
tích EDS của mẫu S5 trên Hình 3.1 (F) cho thấy mật độ của Ag là rất cao (khoảng 
3,5wt %). Kết quả này đã chứng minh rằng việc tăng nồng độ dung dịch muối AgNO3 
và số lần nhúng phủ có thể làm tăng mật độ hạt nano Ag2O trên bề mặt của dây nano 
SnO2. 
Để nghiên cứu kỹ thêm kết quả biến tính các hạt nano Ag2O trên bề mặt dây 
nano SnO2, chúng tôi chọn các mẫu S0, S2 và S5 quan sát bằng kính hiển vi điện tử 
truyền qua TEM (Hình 3.2). 
57 
Hình 3.1. Hình ảnh SEM và phân tích EDS của cảm biến S0 (A, B), S2 (C, D) và S5 (E, F). 
Những dây nano nguyên bản S0 có bề mặt rất mịn và sạch - Hình 3.2 (A). Đường 
kính trung bình của dây nano SnO2 khoảng 70 nm phù hợp với sự quan sát bằng hình 
ảnh SEM. Trên các hình ảnh quan sát được qua kính hiển vi điện tử truyền qua độ 
phân giải cao HRTEM của mẫu S2 và S5 trên Hình 3.2 (B) và 3.2 (C) tương ứng. 
Trên bề mặt của dây nano SnO2 xuất hiện các chấm rất nhỏ đó chính là hạt nano 
Ag2O. Hình ảnh 3.2 (B) cũng cho thấy mẫu S2 được biến tính bởi dung dịch muối 
AgNO3 nồng độ thấp là 0,2 mM với 1 lần nhúng mật độ các hạt nano Ag2O trên bề 
mặt dây nano SnO2 là rất thấp và kích thước các hạt khoảng 7 nm. Kích thước và mật 
độ các hạt nano Ag2O cũng tăng lên khi tăng nồng độ dung dịch muối AgNO3 lên 1 
mM và số lần nhúng là 20 lần, như được quan sát trong mẫu S5 - Hình 3.2 (C). Các 
đường kính của hạt Ag2O trên bề mặt dây nano SnO2 dao động trong phạm vi 5 nm 
58 
đến 20 nm, tuy nhiên nó vẫn nhỏ hơn đường kính của dây nano SnO2 nguyên sơ. 
Lượng dung dịch muối AgNO3 trên bề mặt SnO2 là một yếu tố rất quan trọng đối với 
sự phân bố các hạt Ag2O trên bề mặt dây nano được thực hiện bằng phương pháp 
nhúng phủ, nó đảm bảo sự phân bố đồng nhất các hạt Ag2O trên toàn bộ bề mặt dây 
nano SnO2. Tại một vị trí có mật độ cao các hạt nano Ag2O có thể tích tụ và tạo thành 
một cụm lớn. 
Hình ảnh quan sát trên HRTEM độ phóng đại cao cho thấy các hạt nano Ag2O 
trên bề mặt dây nano SnO2 có kích thước 5 nm - Hình 3.2 (D). Khoảng cách giữa hai 
mặt phẳng mạng tinh thể liên tiếp đo được là 0,23 nm giá trị này phù hợp với khoảng 
cách giữa các mặt tinh thể (200) trong cấu trúc lập phương tâm khối của Ag2O [41]. 
Kết quả này phù hợp với kết quả trước đó về sự phân hủy nhiệt của AgNO3 ở 250 oC 
÷ 440 oC [99] thành Ag. Sau đó Ag được ôxy hóa thành Ag2O ở khoảng nhiệt độ 350 
oC ÷ 500 oC [100]. 
Hình 3.2. Hình ảnh TEM: cảm biến S0 (A), S2 (B) và S5 (C); Ảnh HRTEM của hạt nano 
Ag2O trên bề mặt dây nano SnO2. 
59 
Phương pháp hóa ướt dùng để biến tính hạt nano Ag2O trên bề mặt dây nano 
SnO2 đã đảm bảo các hạt nano biến tính được phân bố đồng nhất trên bề mặt của dây 
nano. Đặc biệt, mẫu S5 có kích thước các hạt nano Ag2O lớn hơn so với trên mẫu S2 
nhưng phân bố không liên tục vì việc sử dụng quá mức các hạt nano Ag2O có thể làm 
giảm độ nhạy khí của cảm biến [80]. 
3.1.2. Đặc tính nhạy khí H2S của cảm biến 
Hình ảnh 3.3 (A) ÷ 3.3 (F) chỉ ra sự thay đổi điện trở theo thời gian tương ứng 
của các mẫu S0 đến S5 khi tiếp xúc với khí H2S nồng độ khác nhau là 0,1 ppm; 0,25 
ppm; 0,5 ppm và 1 ppm tại các nhiệt độ làm việc khác nhau của cảm biến là 200 oC, 
250 oC, 300 oC, 350 oC và 400 oC. Mẫu S0 cho thấy khả năng đáp ứng khí H2S đáng 
kể ở tất cả các nhiệt độ, nhưng thời gian đáp ứng và phục hồi rất dài ở nhiệt độ thấp 
- Hình 3.3 (A). Tại nhiệt độ 200 oC, S0 cần gần 1,5 giờ để kết thúc một phép đo khí 
tại 4 giá trị nồng độ H2S. Do đó việc khắc phục thời gian hồi phục của cảm biến khí 
H2S là rất cần thiết. Hình 3.3 (B) ÷ 3.3 (F) đã chỉ ra các phép đo đã thực hiện tại từng 
giá trị nồng độ H2S từ 0,1 ppm đến 1 ppm. Kết quả thu được đã cho thấy rằng điện 
trở của các cảm biến đã tăng lên rất nhiều từ mẫu S1 đến S5 khi cho các mẫu này tiếp 
xúc với khí H2S - Hình 3.3 (B ÷ F). Điện trở sau đó được phục hồi về giá trị ban đầu 
khi thay thế H2S bằng không khí khô. Các cảm biến này thể hiện những đặc trưng 
nhạy khí H2S của các cảm biến oxit kim loại bán dẫn loại n - SnO2 đã biến tính, ở đây 
điện trở của các cảm biến giảm khi tiếp xúc với khí H2S. Giá trị điện trở của cảm biến 
dây nano SnO2 (S0) khoảng 16 kΩ nhỏ hơn nhiều so với giá trị điện trở của các cảm 
biến dây nano SnO2 phủ bởi các hạt nano Ag2O (S1 đến S5). Mẫu S5 với mật độ biến 
tính các hạt Ag2O lớn nhất, có giá trị điện trở trong không khí cao nhất khoảng 7 Mᘯ 
ở 200 oC. Đáng chú ý Ag2O cũng là một chất dẫn tốt do đó giá trị điện trở nền cao 
của S5 đã xác nhận rằng các hạt nano Ag2O được biến tính trên bề mặt của dây nano 
SnO2 đã tạo thành lớp dị thể p – n tại chỗ tiếp xúc giữa hai oxit kim loại bán dẫn. Dựa 
trên đồ thị sự thay đổi điện trở của cảm biến theo thời gian chúng tôi ước tính rằng 
độ đáp ứng của cảm biến tăng nhưng tốc độ phục hồi của các cảm biến giảm khi tăng 
mật độ hạt Ag2O biến tính trên bề mặt dây nano SnO2. 
60 
Hình 3.3. Độ đáp ứng khí H2S (0,1 ÷ 1 ppm) ở các nhiệt độ khác nhau của các cảm biến: 
S0 (A), S1 (B), S2 (C), S3 (D), S4 (E) và S5 (F). 
61 
Giá trị độ đáp ứng khí H2S của các cảm biến khác nhau được chỉ ra trên hình 
3.4 (A) đến 3.4 (F). Giá trị độ đáp ứng của các cảm biến này đều giảm với sự tăng 
nhiệt độ làm việc của cảm biến từ 200 ÷ 400 oC. Kết quả này tương tự với các cảm 
biến khí H2S dựa trên oxit kim loại khác [101]. Hình 3.4 (A) cho thấy cảm biến dây 
nano SnO2 nguyên sơ (S0) có độ đáp ứng khí H2S cao nhất tại 200 oC ở tất cả 4 giá 
trị nồng độ khí H2S đã khảo sát và giảm dần độ đáp ứng khi nhiệt độ làm việc của 
cảm biến tăng. Độ đáp ứng với khí H2S – 1 ppm giảm gần như tuyến tính từ 3,6 xuống 
2,9 khi tăng nhiệt độ làm việc của cảm biến từ 200 oC đến 400 oC. Hình 3.4 (B) đến 
3.4 (F) cho thấy đối với các mẫu cảm biến dây nano oxit kim loại bán dẫn SnO2 được 
phủ bởi với các hạt nano Ag2O (từ S2 đến S5) có độ đáp ứng khí H2S cao hơn nhiều 
so với dây SnO2 (S0). Độ đáp ứng khí của các dây nano biến tính tăng khi mật độ các 
hạt nano Ag2O biến tính trên bề mặt SnO2 tăng. Tất cả các cảm biến cho thấy độ đáp 
ứng khí tốt hơn ở nhiệt độ thấp hơn, độ đáp ứng khí cao nhất của các cảm biến ở 200 
oC trong khoảng đo. Các giá trị đáp ứng khí H2S – 1 ppm tại 200 oC của các cảm biến 
S1 đến S5 lần lượt có giá trị cỡ 61, 358, 690 và 1155 lần. Như vậy độ đáp ứng khí 
H2S - 1 ppm của mẫu S5 cao hơn 320 lần so với mẫu S0 tại 200 oC ở cùng điều kiện 
đo. Mặt khác, cảm biến dựa trên cơ sở cấu trúc RGO/ Fe2O3 sợi nano cho độ đáp ứng 
khí H2S – 1 ppm là 9,2 lần [101]. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy tất cả các mẫu 
đều giảm độ đáp ứng khí khi tăng nhiệt độ làm việc từ 200 đến 400 oC. Độ đáp ứng 
khí H2S - 0,1 ppm ở 400 oC của S1 là 2,5 trong khi của S5 có giá trị cao hơn là 16. 
Rõ ràng trong nghiên cứu với khí H2S nồng độ từ 0,1 đến 1 ppm mẫu S5 đã nâng cao 
hiệu suất cảm biến đạt giá trị tốt nhất vì nó có độ đáp ứng khí H2S cao nhất. Điều này 
này có thể được giải thích là do tiếp xúc dị thể p - n giữa hạt nano Ag2O trên bề mặt 
dây nano SnO2 [80][102] tương tự như tiếp xúc dị thể giữa CuO và SnO2 [103] hoặc 
NiO và SnO2 [82]. Chi tiết về cơ chế nhạy khí của các cảm biến này được trình bày 
trong các phần tiếp theo. 
62 
Hình 3.4. So sánh độ đáp ứng khí H2S (0,1 ppm ÷1 ppm) tại các nhiệt độ khác nhau của 
các cảm biến: S0 (A), S1 (B), S2 (C), S3 (D), S4 (E) và S5 (F). 
Độ đáp ứng khí H2S nồng độ 0,1 đến 1 ppm của các cảm biến khác nhau được 
đo ở 200 oC được biểu thị trên Hình 3.5 (A). Với mật độ các hạt nano phủ trên bề mặt 
dây nano SnO2 thấp (từ S0 đến S4) có giá trị độ đáp ứng thấp và tăng gần như tuyến 
63 
tính với nồng độ H2S trong phạm vi đo. Độ đáp ứng của mẫu S0 khí H2S – 1 ppm ở 
200 oC khoảng 3,6 lần, trong khi mẫu S5 có độ đáp ứng cao nhất và độ đáp ứng phi 
tuyến tính với nồng độ H2S. Cùng với độ đáp ứng khí, thời gian hồi phục của cảm 
biến là rất quan trọng trong việc ứng dụng cảm biến trong thực tế vì nó xác định cảm 
biến có thể dùng lại hay không. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian hồi phục của 
cảm biến SnO2/Ag2O được thể hiện trên Hình 3.5 (B). Rõ ràng khả năng hồi phục của 
các cảm biến là rất kém ở các mức nhiệt độ làm việc thấp 200 oC, 250 oC và 300 oC, 
nghĩa là điện trở của cảm biến đã không trở về giá trị điện trở nền sau khi ngừng cung 
cấp khí H2S trong 1000 giây. Tuy nhiên cảm biến cho thấy khả năng hồi phục hoàn 
toàn ở các nhiệt độ cao 350 oC và 400 oC, với thời gian hồi phục khoảng 70 giây. 
Trong ứng dụng thực tế, sự cân bằng cần đạt được của cảm biến giữa thời gian đáp 
ứng và thời gian hồi phục tùy thuộc vào mục tiêu của các ứng dụng. 
Hình 3.5. Độ đáp ứng khí của các cảm biến (A) tại 200 oC; Thời gian đáp ứng khí của các 
cảm biến tại các nhiệt độ khác nhau (B). 
Mẫu S5 tương ứng với mẫu có mật độ lớp biến tính Ag2O trên bề mặt dây nano 
SnO2 lớn nhất đã cho kết quả nhạy khí H2S tốt nhất so với các mẫu có mật độ biến 
tính thấp hơn (S1 đến S4), đặc biệt là tại nhiệt độ nghiên cứu thấp 200 oC (1155 lần) 
như đã phân tích ở trên. Như vậy với mẫu biến tính SnO2/Ag2O mật độ (bề dày) lớp 
biến tính càng lớn, nhiệt độ càng thấp thì càng nâng cao độ đáp ứng khí, tuy nhiên độ 
hồi phục của cảm biến càng lớn, tại 200 oC thời gian hồi phục của cảm biên lên tới 
64 
4000 giây làm hạn chế ứng dụng của cảm biến khí đối với cấu trúc này vì thế chúng 
tôi đã không tiếp tục tăng bề dày của lớp biến tính. 
Chúng tôi cũng đã nghiên cứu tính chất chọn lọc của cảm biến dây nano SnO2 
được phủ bề mặt bởi hạt nano Ag2O (S5) đối với các khí khử H2S, NH3 và H2, kết 
quả thể hiện trong Hình 3.6. Như các kết quả trên đã cho thấy tại giá trị nhiệt độ thấp 
200 oC các cảm biến không cho thấy sự hồi phục tốt, thời gian hồi phục lớn hơn 1000 
giây đối với khí H2S, vì thế chúng tôi đã khảo sát tính chọn lọc của cảm biến ở các 
giá trị nhiệt độ 250 oC, 300 oC, 350 oC và 400 oC. Kết quả đã chứng minh rằng cảm 
biến S5 có độ đáp ứng khí H2S nồng độ 0,5 ppm cao nhất tại tất ở tất cả các nhiệt độ 
làm việc mặc dù nồng độ H2S nhỏ hơn 1000 lần so với các khí khảo sát NH3 và H2 
(nồng độ 500 ppm). Tại nhiệt độ 400 oC, S5 có độ đáp ứng cao là 44 với 0,5 ppm khí 
H2S trong khi với NH3 nồng độ 500 ppm và khí H2 nồng độ 500 ppm lần lượt là 1,16 
và 11 lần. 
Hình 3.6. Độ đáp ứng khí của các cảm biến S5 tại các nhiệt độ khác nhau đối với một số 
loại khí khác nhau. 
250 300 350 400
1
10
100
1000
357
90
50
8.27.16.8
2.5
1.72 1.38
44
11
Sensor S5
S
 (
R
a
ir
/R
g
a
s
)
t (
o
C)
 NH3-500ppm
 H2-500ppm
 H2S-0.5ppm
1.16
65 
Một đặc tính khác của cảm biến khí cũng rất quan trọng đó là độ lặp lại của 
cảm biến. Chúng tôi đã kiểm tra độ ổn định của cảm biến S5 bằng cách chuyển đổi 
môi trường xung quanh cảm biến từ không khí sang khí H2S nồng độ 0,25 ppm và trở 
lại không khí tại giá trị nhiệt độ 250 oC. Cảm biến dây nano SnO2 biến tính hạt nano 
Ag2O cho thấy độ lặp lại tốt trong phép đo lặp lại 10 xung như Hình 3.7 (D) trong đó 
điện trở cơ bản phục hồi về giá trị ban đầu sau khi làm mới buồng bằng không khí. 
Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) được tính theo công thức: 
 𝑅𝑆𝐷 =
100.𝑆
|�̅�|
 (4.6) 
trong đó S là độ lệch chuẩn của mẫu; |�̅�| là giá trị trung bình của mẫu 
Giá trị RSD của cảm biến trong phép đo 10 xung là 92,4% cho thấy khả năng 
tái tạo tốt của cảm biến. 
Hình 3.7. Độ ổn định của cảm biến trong 10 chu kỳ. 
 Để thấy rõ được đặc tính nhạy khí H2S của các cảm biến dựa trên vật liệu SnO2 
biến tính cấu trúc dị thể được tóm tắt trong Bảng 3.1. So với các kết quả nghiên cứu 
khác trong tài liệu tham khảo, cảm biến dựa trên cấu trúc SnO2/Ag2O trong nghiên 
cứu này cho thấy nhiệt độ làm việc của cảm biến là tương đương trong khi cảm biến 
0 1800 3600 5400
1k
10k
100k
R
 (

)
t (s)
66 
cấu trúc dị thể SnO2/Ag2O cho đáp ứng tốt hơn với nồng độ khí thấp hơn nhiều. Điều 
này cho thấy biến tính lớp nano Ag2O có độ dày thích hợp trên bề mặt dây nano SnO2 
có thể phát triển cảm biến khí H2S hiệu suất cao. 
Bảng 3.1. So sánh độ đáp ứng khí H2S dựa trên cảm biến khí SnO2 và SnO2/p-SMO. 
Vật liệu 
Nồng 
độ 
(ppm) 
Nhiệt độ 
làm việc 
(oC) 
Độ nhạy 
(Ra/Rg) 
Thời gian 
đáp 
ứng/hồi 
phục (s) 
Tài liệu tham 
khảo 
CuO/SnO2 NWs 80 300 1280 1/828 [104] 
CuO/SnO2 NWs 10 250 26,3 180/600 [103] 
CuO/SnO2 Sợi nano 10 150 3000 2/3000 [105] 
CuO/SnO2 màng mỏng 100 180 25,3 10/42 [13] 
CuO/SnO2 cầu rỗng 1 300 22,4 500/1000 [106] 
NiO/SnO2 NWs 10 300 1327 11/102 [82]
NiO/SnO2 dây nano 100 300 6 N/A [91] 
NiO/SnO2 NWs 10 Room 440 2000/30000 [83] 
Ag2O/SnO2 1 100 71,5 390/1600 [85]
Ag2O/SnO2 màng mỏng 50 74 99 >600/4500 [107] 
Ag2O/SnO2 NWs 0,5 N/A 21 20/1000 [108] 
Ag2O/SnO2 màng mỏng 450 100 1,38 46/110 [87] 
Ag2O/SnO2 cầu 5 350 613 /3500 [109] 
SnO2 NWs 1 200 3,6 N/A Luận án 
NiO/SnO2 NWs 1 200 77 12/800 Luận án 
Ag2O/SnO2 NWs 1 200 1155 (S5) 350/4000 Luận án 
3.1.3. Cơ chế nhạy khí của cảm biến 
Cơ chế nhạy khí của cảm biến khí của một cảm biến oxit kim loại được giải thích 
bằng phản ứng bề mặt của các phân tử khí phân tích và sự hấp phụ ôxy [110]. Khi 
SnO2 tiếp xúc với không khí, các phân tử ôxy trong khí quyển đã được hấp phụ trên 
67 
bề mặt của dây nano SnO2 tạo thành ion ôxy (O2-, O-) bằng cách rút điện tử từ vùng 
dẫn của SnO2, như trong các phương trình (3.1) đến (3.3): 
 O2(gas) + e- ↔ O2-(ads) (3.1) 
 O2- + e- ↔ 2O- (3.2) 
 O- + e- ↔ O2- (3.3) 
Từ các phương trình trên cho thấy điện trở của cảm biến SnO2 NWs trong không 
khí tăng lên vì sự hình thành vùng nghèo bề mặt. Khi có mặt của khí H2S, các ion ôxy 
phản ứng với H2S để tạo thành SO2 và H2O và giải phóng các electron vào vùng dẫn, 
kết quả làm điện trở của cảm biến SnO2 NWs giảm như phản ứng từ (3.4) đến (3.6): 
 2H2S + 3O2- ↔ 2SO2 + 2H2O + 6e- (3.4) 
 H2S + 3O- ↔ SO2 + H2O + 3e- (3.5) 
 H2S + 3O2- ↔ SO2 + H2O + 6e- (3.6) 
Tuy nhiên, các quá trình hóa lý với oxit Ag2O đã biến tính trong các cảm biến 
khí có thể giải thích theo nhiều cách khác nhau [111][112][113][79]. Các cơ chế chủ 
yếu là cơ chế điện tử và cơ chế nhạy hóa học. Cơ chế điện tử liên quan đến sự mở 
rộng vùng không gian nghèo điện tử ở giao diện giữa hai vật liệu và sau đó liên quan 
đến sự chiếm ưu thế của sự phân ly các phân tử khí trên bề mặt của vật liệu bởi hiệu 
ứng lan tỏa [111][112]. 
Ở đây, chúng tôi thấy rằng sự phân ly của các phân tử khí tại vị trí phân tử Ag2O 
biến tính trên bề mặt dây nano SnO2 làm thay đổi phản ứng giữa bề mặt cảm biến với 
phân tử khí H2S. Cơ chế cảm biến khí của SnO2 biến tính hạt nano Ag2O có thể liên 
quan đến sự thay đổi trong cấu trúc vùng năng lượng do việc chuyển đổi từ Ag2O 
thành Ag2S và trở lại về Ag2O khi chuyển điều kiện khí đo từ không khí sang khí H2S 
và trở lại về không khí như Hình 3.8 (A) và 3.8 (B). Ag2O là một oxit kim loại bán 
dẫn loại p độ rộng vùng cấm là 1,3 eV [102], công thoát điện tử là 5,0 eV [114][115], 
trong khi đó SnO2 có độ rộng vùng cấm là 3,7 eV và công thoát điện tử là 4,6 eV 
[116]. Với sự mở rộng vùng nghèo dưới tác dụng của các hạt nano Ag2O trên bề mặt 
dây nano SnO2, các rào thế tại giao diện giữa hai vật liệu này được tăng nhiều hơn 
bình thường [80]. Bên cạnh đó, sự hình thành một chuỗi liên tục tiếp xúc n - p - n 
68 
bằng các hạt nano Ag2O trên mạng lưới của dây nano SnO2, nó ngăn chặn dòng điện 
tử xuất hiện trong SnO2 NWs, thậm chí là sự giảm vùng dẫn trong SnO2 [82]. Khi 
tiếp xúc với khí