MỞ ĐẦU
Trong môi trường không khí thường tồn tại nhiều loại khí ô nhiễm và ảnh
hưởng tiêu cực đến con người, việc phân tích định tính hay định lượng các loại khí
này trong môi trường không khí là cần thiết và quan trọng đối với an toàn sức khỏe
cũng như mang lại những lợi ích kinh tế. Các thiết bị phân tích khí truyền thống có
độ chính xác cao được biết đến như là “sắc ký khí”, “thiết bị phân tích phổ khối
lượng” và “thiết bị phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại” hiện vẫn đang được sử dụng.
Tuy nhiên, các thiết bị này có hạn chế như là: kích thước lớn, cấu tạo phức tạp, giá
thành cao, quá trình vận hành sử dụng thiết bị khó khăn và thời gian phân tích dài.
Vì lý do này, các thiết bị đều được lắp đặt cố định và không thích hợp cho việc thực
hiện phân tích nhanh và trực tiếp tại hiện trường. Để đáp ứng được với yêu cầu thực
tế, các cảm biến khí hóa học trên cơ sở vật liệu dạng rắn được đặc biệt quan tâm
nghiên cứu. Một số loại cảm biến khí trên cơ sở oxit kim loại được quan tâm nghiên
cứu nhiều như là: cảm biến độ dẫn điện (hay còn gọi là cảm biến bán dẫn), cảm biến
nhiệt độ, cảm biến điện hóa, cảm biến dựa trên hiệu ứng trường của một số linh kiện
bán dẫn, ... Cảm biến dựa trên vật liệu nhạy khí là oxit kim loại có ưu điểm vượt
trội: nguyên lý đơn giản, dải đo rộng, độ bền và ổn định cao, thiết kế đơn giản, giá
thành rẻ, có khả năng chế tạo hàng loạt, thời gian thực hiện phép đo nhanh, có thể
thực hiện đo trực tiếp và trực tuyến trong môi trường cần phân tích khí và dễ kết
hợp với thiết bị điều khiển khác. Cảm biến bán dẫn phù hợp cho phát hiện khí oxy
hóa/khử trong vùng nồng độ thấp. Trong khi đó, cảm biến nhiệt độ phù hợp cho
phát hiện khí cháy nổ trong vùng nồng độ cao. Cơ chế cũng như nguyên lý hoạt
động của cảm biến khí trên cơ sở oxit kim loại đã được nghiên cứu và công bố trong
rất nhiều công trình tại các hội nghị cũng như tạp chí khoa học.
Hiện nay, các vật liệu được dùng làm cảm biến thường là các oxit kim loại
bán dẫn như: SnO2, ZnO, In2O3, WO3, TiO2, ABO3… do có khả năng nhạy với nhiều
loại khí oxi hoá/ khử khác nhau. Trong số đó, SnO 2 và ZnO là vật liệu được nhiều
nhà nghiên cứu lựa chọn do có độ chọn lọc với các loại khí cao, phương pháp chế

1

tạo đơn giản và cho tốc độ đáp ứng, hồi phục nhanh. Gần đây, vật liệu tổ hợp
(composite) nhiều loại ôxít bán dẫn cũng được quan tâm nghiên cứu.
Bên cạnh đó, sự lạm dụng rượu bia của người lao động và người điều khiển
các phương tiện giao thông đã gây ra nhiều tai nạn đáng tiếc, gây thiệt hại về người
và của. Do đó, vấn đề đặt ra đối với các nhà quản lí và các nhà chức trách là phải
kiểm soát hàm lượng cồn trong hơi thở của người lao động trong giờ làm việc và
người điều khiển phương tiện giao thông trên đường.
Vì các lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Chế tạo cảm biến nhạy hơi
chất hữu cơ trên cơ sở màng mỏng ôxit bán dẫn đa thành phần” cho luận văn
của mình.
Mục đích nghiên cứu của đề tài:
- Chế tạo màng mỏng ôxít bán dẫn ZnO, SnO2 đơn chất và ôxít bán dẫn đa
thành phần ZnO-SnO2 bằng phương pháp phun áp suất.
- Ủ nhiệt màng mỏng ôxít bán dẫn ZnO, SnO2, ZnO-SnO2 thu được.
- Nghiên cứu cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của các mẫu đã chế tạo.
- Khảo sát tính nhạy hơi cồn và hơi axit formic của màng mỏng ôxít bán dẫn
ZnO, SnO2, ZnO-SnO2.
Nội dung luận văn trình bày:
Mở đầu
Nội dung
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Kết luận
Tài liệu tham khảo

2



CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về etanol và axit formic
1.1.1. Giới thiệu về etanol
Etanol là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học của nó là
C2H6O hay C2H5OH. Etanol còn được biết đến với các tên gọi khác là rượu
etylic, ancol etylic, cồn; là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu
metylic. Etanol là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ
uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách
đơn giản là rượu [16].
a. Tính chất vật lí của etanol
Etanol là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc
trưng, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0.7936 g/ml ở 15oC), dễ bay hơi
(sôi ở nhiệt độ 78.39oC), hóa rắn ở -114.15oC, tan trong nước vô hạn, tan
trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu
xanh da trời.
b. Các nguy hiểm liên quan đến etanol
Etanol và hỗn hợp của nó với nước chứa trên 50% êtanol là các chất dễ
cháy và dễ dàng bắt lửa. Ngoài ra, etanol trong cơ thể người bị enzym alcohol
dehydrogenas phân hủy tạo thành acetaldehyde, và sau đó enzym acetaldehyde
dehydrogenas phân hủy acetaldehyde thành axit axetic. Acetaldehyde là một chất có
độc tính cao hơn so với etanol. Acetaldehyde cũng liên quan tới phần lớn các triệu
chứng lâm sàng liên quan tới rượu, tác nhân gây ra các bệnh liên quan đến việc sử
dụng rượu như: ung thư gan, xơ gan, hội chứng tim mạch, dạ dày, tổn thương não,
thay đổi sinh lý, tâm lý, suy giảm các chức năng tư duy và các chức năng khác trong

3


cơ thể… Mặc dù etanol không phải là chất độc có độc tính cao, nhưng nó có thể gây

ra tử vong khi nồng độ cồn trong máu đạt tới 0.4%. Nồng độ cồn tới 0.5% hoặc cao
hơn nói chung là dẫn tới tử vong. Nồng độ thậm chí thấp hơn 0.1% có thể sinh ra
tình trạng say, nồng độ 0.3-0.4% gây ra tình tạng hôn mê. Tại nhiều quốc gia có luật
điều chỉnh về nồng độ cồn trong máu khi lái xe hay khi phải làm việc với các máy
móc thiết bị nặng, thông thường giới hạn dưới 0.05% tới 0.08% [16].
1.1.2. Giới thiệu về axit formic
Axit formic (được gọi theo hệ thống axít metanoic) là dạng axit cacboxylic
đơn giản nhất. Công thức của nó là HCOOH hoặc CH2O2. Nó là một sản phẩm
trung gian trong tổng hợp hóa hoc và xuất hiện trong tự nhiên, phần lớn trong nọc
độc của ong và vòi đốt của kiến. Nó cũng là một sản phẩm đốt cháy đáng kể sinh ra
từ các xe cộ dùng nhiên liệu thay thế đốt mêtanol (và êtanol, nếu có nhiễm nước)
khi trộn với xăng [14].
Axit fomic hòa tan trong nước và các chất dung môi hữu cơ khác và hòa tan
một ít trong các hyđrôcacbon. Axit formic là axit yếu. Tuy nhiên nó mạnh nhất
trong dãy đồng đẳng của axit cacboxylic no, đơn chức, mạch hở và mạnh hơn axit
cacbonic (H2CO3) do hiệu ứng dồn mật độ electron trong nhóm -COOH. Tuy nhiên,
nó cũng có tác dụng độc hại nhất định. Các nguy hiểm của các dung dịch của axit
formic phụ thuộc vào nồng độ. Tiếp xúc lâu dài không có bảo hộ có thể gây tổn
thương thận ở người tiếp xúc. Một hiệu ứng nữa khi tiếp xúc trực tiếp lâu dài không
bảo hộ là sự xuất hiện của dị ứng da.
1.2. Tổng quan về vật liệu ZnO
1.2.1. Cấu trúc tinh thể của ZnO
ZnO là hợp chất bán dẫn thuộc nhóm AIIBVI,
thường kết tinh ở hai dạng thù hình chính: lục giác
Wurtzite, lập phương giả kẽm. Ngoài ra, ZnO còn tồn tại
ở dạng lập phương đơn giản kiểu NaCl ở áp suất cao.

4

Hình 1.1. Cấu trúc lục

giác Wurtzite [3]


a. Cấu trúc lục giác Wurtzite
Đây là cấu trúc bền vững của tinh thể ZnO. Trong cấu trúc này, mỗi ô mạng
có hai phân tử ZnO: hai nguyên tử Zn nằm ở vị trí có tọa độ (0, 0, 0) và (1/3, 2/3,
1/2), hai nguyên tử O nằm ở vị trí có tọa độ (0, 0, u) và (1/3, 1/3, 1/2+u) với u=3/5.
Mạng lục giác Wurtzite có thể coi như là hai mạng lục giác lồng vào nhau,
một mạng chứa anion O2-, một mạng chứa cation Zn2+. Mỗi nguyên tử Zn liên kết
với 4 nguyên tử O nằm ở 4 đỉnh của một tứ diện, trong đó: một nguyên tử nằm ở
khoảng cách u.c, 3 nguyên tử còn lại nằm ở khoảng cách [1/3 a 2+c2(u-1/2)2]1/2. Ở
nhiệt độ 300K, ô cơ sở có hằng số mạng là a = b = 3.249 Å, c = 5.206 Å, tương ứng
với thể tích ô cơ sở là V = 46.623 Å3 [3].
Mô hình cấu trúc lục giác Wurtzite được mô tả trên hình 1.1. Trong ô cơ sở
tồn tại trục phân cực song song theo hướng (001). Khoảng cách giữa các mặt phẳng
có chỉ số Miller (hkl) trong hệ lục giác là:

d hkl =

a
2
4 2
2
2 a
(h + k + hk ) + l 2
3
c

b. Cấu trúc lập phương giả kẽm
Mô hình cấu trúc lập phương giả kẽm được mô tả

như hình 1.2. Ở nhiệt độ cao, tinh thể ZnO tồn tại ở cấu
trúc lập phương giả kẽm. Đây là cấu trúc giả bền của ZnO.
Trong cấu trúc này, mỗi ô mạng có 4 phân tử ZnO: 4
nguyên tử Zn nằm ở vị trí có tọa: (1/4, 1/4, 1/4), (1/4, 3/4,
3/4), (3/4, 1/4, 3/4), (3/4, 3/4, 1/4); 4 nguyên tử O nằm ở vị
trí có tọa độ (0, 0, 0), (0, 1/2, 1/2), (1/2, 0, 1/2), (1/2, 1/2,
0) [3].

Hình 1.2. Cấu trúc lập
phương giả kẽm [3]

c. Cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl ở áp suất cao
Đây là cấu trúc giả bền của ZnO xuất hiện ở áp suất cao. Trong cấu trúc này,
mỗi ô sơ cấp có 4 phân tử ZnO. Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh được
rằng: nếu áp suất tăng cao sẽ xảy ra quá trình chuyển pha từ cấu trúc lục giác

5


Wurtzite sang cấu trúc lập phương đơn giản
kiểu NaCl. Khi một nửa vật chất đã hoàn
thành quá trình chuyển pha, nếu giảm áp suất
sẽ có sự chuyển pha ngược lại từ cấu trúc lập
phương đơn giản kiểu NaCl sang cấu trúc lục
giác Wurtzite. Sự chuyển đổi thể tích giữa 2
trạng thái này cỡ 17%, hằng số mạng của cấuHình 1.3. Cấu trúc kiểu lập phương đơn giản [3]
trúc lập phương đơn giản khoảng 4.27 Å [3].

ản NaCl.


1.2.2. Một số tính chất của vật liệu ZnO
a. Tính chất điện
Theo nghiên cứu của S.J. Pearton [21, 22 ] và các cộng sự thì ZnO là bán dẫn có
độ rộng vùng cấm cỡ 3.37 eV ở nhiệt độ phòng. Độ rộng vùng cấm này có thể thay đổi
thông qua việc thay thế vị trí cation Zn 2+ bằng một số ion kim loại khác. Nếu Cd thay
thế vị trí của Zn trong tinh thể ZnO thì độ rộng vùng cấm giảm đến 3.0 eV; còn nếu ta
dùng Mg thay thế vị trí của Zn trong tinh thể ZnO thì độ rộng vùng cấm tăng đến 4.0
eV, trong khi vẫn duy trì cấu trúc lục giác Wurtzite. Bản thân ZnO được xem như bán
dẫn loại n do nút khuyết oxi gây ra. Các nút khuyết nội tại này tạo ra mức tạp chất loại
n nằm khoảng 0.01 eV đến 0.05 eV dưới vùng dẫn.
b. Tính chất quang
Các màng ZnO được chế tạo bằng các phương pháp khác nhau có độ truyền qua
trong vùng ánh sáng nhìn thấy có giá trị khá lớn, cỡ trên 80%. Ví dụ như: Các màng
ZnO được chế tạo bằng phương pháp phủ spin sol-gel có độ truyền qua trong vùng ánh
sáng nhìn thấy lớn hơn 92%, hấp thụ lớn trong vùng tử ngoại (Hình 1.4) [20].

6


Hình 1.4. Độ truyền qua và hấp thụ của các màng ZnO chế tạo bằng phương pháp phủ
spin sol-gel [20]

c. Tính nhạy khí của vật liệu ZnO
Nghiên cứu của Hongyan Xu và cộng sự [13] về cảm biến ZnO chế tạo từ
các hạt nano ZnO thông thường (S-1) và từ các hạt nanosolid ZnO xốp (S-2) cho
thấy S-2 cho hiệu quả cảm biến hơi chất hữu cơ tốt hơn S-1 (Hình 1.5). Nhiệt độ
làm việc tối ưu của S-2 là 370 oC, trong khi nhiệt độ tối ưu làm việc của S-1 là
420oC. Cảm biến ZnO chọn lọc cao với ethanol hơn so với acetone, benzene,
toluene, xylene. Đồng thời, S-2 có thời gian đáp ứng và thời gian phục hồi tương
đối nhỏ hơn so với S-1 (Bảng 1).


Hình 1.5. Độ nhạy của cảm biến ZnO (S-1 và S-2) với các khí hữu cơ theo nhiệt độ
[13]

7


Bảng 1. Thời gian đáp ứng và phục hồi của ZnO (S-1 và S-2) ở nhiệt độ 370oC,
420oC [13]

1.3. Tổng quan về vật liệu SnO2
1.3.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu SnO2
SnO2 có cấu trúc mạng tinh thể thuộc tứ giác tâm khối, thuộc nhóm không
gian P42/mnm. Các hằng số mạng là: a = b = 4.7374 Å và c = 3.1864 Å (theo thẻ
JCPDS 041-1445). Ô mạng tinh thể SnO2 chứa 2 gốc, tức 2 phân tử SnO2. Vị trí các
nguyên tử được xác định như sau: Các nguyên tử Sn ở vị trí có tọa độ: (0, 0, 0);
(1/2, 1/2, 1/2). Các nguyên tử O ở vị trí có tọa độ: ±(u, u, 0); (u+1/2, 1/2-u, 1/2) với
u = 0.31 (Hình 1.6) [4].

Hình 1.6. Cấu trúc tinh thể SnO2 [4]
1.3.2. Một số tính chất của vật liệu SnO2

8


a. Tính chất điện
SnO2 được biết đến như là bán dẫn loại n, độ rộng vùng cấm vào khoảng từ
3.87eV đến 4.3eV. Nguyên nhân làm cho SnO2 trở thành bán dẫn loại n là do tồn tại
các nút khuyết oxi trong mạng tinh thể của SnO 2. Vì có các nút khuyết này nên
ngoài các ion Sn4+ (đã bị oxi hóa hoàn toàn bởi các nguyên tử oxi) còn có các ion

Sn2+. Sự tồn tại đồng thời hai dạng ion trên đã quy định tính dẫn điện cho SnO 2. Các
ion 2+ và ion 4+ gần nhau có thể trao đổi cho nhau cặp điện tử làm cho các ion 2 +
chuyển thành ion 4+ và ngược lại. Quá trình trên diễn ra liên tiếp giữa các ion nằm
cạnh nhau do đó có thể xem như các điện tử di chuyển được từ nơi này sang nơi
khác tương ứng với sự tăng độ linh động của các hạt tải điện, làm tăng tính dẫn điện
của màng [4]. Độ dẫn điện của màng SnO 2 không chỉ phụ thuộc vào nồng độ
electron tự do có trong bán dẫn mà còn phụ thuộc nhiệt độ, bề dày của màng và ảnh
hưởng của các tạp chất.
b. Tính chất quang
Màng mỏng SnO2 cho độ truyền qua cao, trên 80% đối với ánh sáng nhìn
thấy. Độ trong suốt của màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Công nghệ chế tạo,
thời gian ủ nhiệt, loại chất pha tạp và nồng độ pha tạp, bước sóng ánh sáng chiếu
tới… Do có độ truyền qua cao nên màng mỏng SnO 2 được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực như: Kĩ thuật điện tử, điện cực trong suốt cho pin quang điện [4].
c. Tính nhạy khí
SnO2 là vật liệu được dùng phổ biến cho cảm biến khí vì nó có độ nhạy tốt
và độ chọn lọc cao với nhiều loại khí khác nhau như: H 2S, CO, NO, NO2, C2H5OH...
Tính chất nhạy khí của SnO 2 đã được nghiên cứu từ lâu và được công bố trong
nhiều hội nghị cũng như tạp chí khoa học.
Theo H.C.Wang [9], cảm biến khí màng mỏng SnO 2 cho độ nhạy cao với
methyl alcohol và cho tốc độ đáp ứng (5s), tốc độ hồi phục (1s) cực nhanh ở nhiệt
độ phòng (Hình 1.7).

9


Hình 1.7. Tính nhạy khí của cảm biến SnO2 với methyl alcohol ở nhiệt độ phòng [9]
Theo H.Gong [11] và các cộng sự, màng mỏng SnO 2 có độ nhạy với các khí
thử được xếp theo thứ tự : axit axetic > isopropanol > cồn > axeton > methanol và
nhiệt độ làm việc tốt nhất với các khí này dao động xung quanh 450 oC. Độ nhạy của

màng tăng theo nồng độ khí thử (Hình 1.8 và hình 1.9).

Hình 1.9. Độ nhạy của SnO2 theo
nhiệt độ với nồng độ khí thử là
1000ppm [11]

Hình 1.8. Độ nhạy của màng SnO2 theo
nồng độ các loại khí khác nhau [11]

1.3.3. Một số tính chất nhạy khí của cảm biến đa thành phần ZnO-SnO2
Nghiên cứu của Ki Won Kim và cộng sự [18] về cảm biến màng mỏng SnO 2ZnO với một số khí thử là C2H5OH, CH3COCH3, C3H8, CO, H2, NO2 cho kết quả độ
đáp ứng điện trở S = Ra /Rg ở 300oC (Hình 1.10). Độ đáp ứng điện trở cao với nồng
độ 200 ppm C2H5OH là S = 4.69; với 200 ppm CH3COCH3 là S = 2. Trong khi với

10


khí đốt có nồng độ là 100 ppm C3H8, 100 ppm CO, 200 ppm H2, 5 ppm NO2 thì độ
đáp ứng điện trở S dao động trong khoảng 1.11-1.19. Cảm biến SnO 2-ZnO
(S50Z50) có tính chọn lọc cao với C2H5OH được đề xuất để kiểm tra người điều
khiển phương tiện giao thông có say rượu hay không. Đồng thời, nghiên cứu cũng
cho biết mẫu S50Z50 có thời gian đáp ứng 90% với 200ppm C 2H5OH (72s) ngắn
hơn so với 200ppm CH3COCH3 (233s) ở nhiệt độ 300oC (Hình 1.11).

Hình 1.10. Độ đáp ứng điện trở của mẫu
SnO2-ZnO (S50Z50) ở 300oC với các loại
khí [18]

Hình 1.11. Sự thay đổi điện trở của
mẫu SnO2-ZnO (S50Z50) với

200ppm C2H5OH và 200ppm
CH3COCH3 ở 300oC [18]
Nghiên cứu của Wen-Hui Zhang và cộng sự [23] đã khảo sát cảm biến SnO 2

pha 10% khối lượng ZnO (SnO2-10wt% ZnO) với các khí thử nồng độ 5 ppm ở
330oC là trimethylamine (TMA), dimethylamine (DMA), methylamine (MA),
ammonia (NH3), CO, H2, CH4, liquefied petroleum gas (LPG), NO2, benzene,
toluene, ethanol, methanol, acetone, formaldehyde (HCHO), và nước. Cảm biến
nhạy nhất với TMA (khoảng 126), tiếp đến là DMA, MA, ethanol (tương ứng là 45,
37, 36), với các khí thử khác cảm biến thấp hơn rất nhiều (Hình 1.12).

11


Hình 1.12. Độ đáp ứng điện trở của
Hình 1.13. Độ đáp ứng điện trở của
mẫu SnO2-10wt% ZnO ở 330oC với các
cảm biến SnO2-ZnO với 50ppm TMA
khí thử khác nhau nồng độ 5ppm [23]
ở các nhiệt độ khác nhau [23]
Đồng thời trong nghiên cứu của Wen-Hui Zhang [23] và cộng sự cũng đã
khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ ZnO tới độ đáp ứng của cảm biến
SnO2-ZnO (Hình 1.13). Độ đáp ứng của cảm biến SnO 2-ZnO (10wt% và 15wt%
ZnO) ở nhiệt độ dưới 170oC là rất thấp, nhưng ở nhiệt độ từ 190 oC và cao hơn thì
giá trị độ đáp ứng của cảm biến tăng lên đáng kể. Đặc biệt là cảm biến SnO 2-10wt%
ZnO đạt độ đáp ứng tối đa là 156 ở 240 oC - 50ppm TMA. Độ đáp ứng của các cảm
biến SnO2, ZnO, SnO2-5wt% ZnO là tăng nhẹ khi nhiệt độ tăng.
Trong nghiên cứu của Xiaohua Jia và cộng sự về cảm biến SnO 2/ZnO tổng
hợp bằng phương pháp thủy nhiệt với hơi cồn [24], cảm biến S2 (SnO 2/ZnO với
10% nồng độ Zn) cho độ nhạy tốt hơn cảm biến S1 (SnO 2/ZnO với 5% nồng độ

Zn). Cảm biến S2 cho thấy độ nhạy cao nhất với hơi cồn ở nhiệt độ 300 oC (Độ đáp
ứng điện trở là 50 lần đối với 100ppm hơi cồn), có khả năng phát hiện nồng độ hơi
cồn thấp (trong khoảng 10-100ppm), thời gian đáp ứng và phục hồi nhanh chóng
(Hình 1.14, hình 1.15, hình 1.16, hình 1.17).

12


Hình 1.14. Độ nhạy cảm biến
SnO2/ZnO với 100ppm hơi cồn theo
nhiệt độ [24]

Hình 1.15. Độ nhạy của cảm biến
SnO2/ZnO với các loại khí thử khác
nhau ở 300oC [24]

Hình 1.16. Độ nhạy của cảm biến
SnO2/ZnO theo nồng độ cồn [24]

Hình 1.17. Thời gian đáp ứng và
phục hồi của cảm biến SnO 2/ZnO
theo nồng độ cồn [24]
Công trình nghiên cứu của In-Sung Hwang [17] về cảm biến dây nano lõi vỏ

ZnO-SnO2 (lõi ZnO, vỏ SnO2) đã công bố: Độ nhạy của dây nano lõi vỏ ZnO-SnO 2
đã được cải thiện so với dây nano bán dẫn ZnO, đặc biệt với 200ppm hơi cồn ở
400oC độ đáp ứng điện trở của cảm biến ZnO-SnO2 đạt được là 280 (Hình 1.18).

13



Hình 1.18. Độ nhạy của cảm biến ZnO-SnO2 với các loại khí thử ở 400oC [17]
1.4. Sơ lược về cảm biến khí trên cơ sở màng mỏng oxit bán dẫn
1.4.1. Cấu tạo
Một cảm biến khí màng mỏng oxit bán dẫn bao gồm các bộ phận sau:
(1) Lớp nhạy khí là màng mỏng oxit bán dẫn, có điện trở thay đổi theo môi
trường khí xung quanh.
(2) Bếp cung cấp nhiệt để cảm biến đạt đến nhiệt độ làm việc phù hợp, vật
liệu được chọn làm bếp thường là Pt, Ni, hoặc hợp kim Ni-Cr…
(3) Điện cực dùng để lấy tín hiệu ra, thường được chọn thiết kế là các kim
loại có tính chất bền nhiệt và bền hóa học như Pt, Au, Ag, Pd…
(4) Đế được làm bằng vật liệu cách điện, có khả năng chịu nhiệt cao (600 oC)
như Si, thủy tinh… Dùng để cố định lớp nhạy khí, điện cực và bếp.

(a)

(b)

Hình 1.19. Cảm biến nhạy khí màng mỏng oxit bán dẫn [4]
(a) Ảnh mặt cắt của cảm biến, (b) Ảnh mặt trên của cảm biến
1.4.2. Nguyên lí hoạt động
Cảm biến khí màng mỏng oxit bán dẫn hoạt động dựa trên sự thay đổi độ dẫn
hay điện trở của lớp nhạy khí oxit kim loại trong môi trường có khí khử/oxi hóa.
Tại bề mặt tinh thể bán dẫn, tính tuần hoàn của các ion bề mặt bị mất so với
các ion trong khối. Đối với bán dẫn oxit kim loại, ion kim loại có xu hướng bắt điện
tử hoạt động như Acceptor, còn ion oxi hoạt động như Donor cho điện tử. Do đó, tại
bề mặt của tinh thể oxit kim loại luôn tồn tại các tâm Acceptor hoặc Donor hoặc cả
hai [1]. Khi tinh thể oxit bán dẫn trong môi trường khí, các tâm Acceptor bề mặt
này tương tác với các phân tử khí tạo nên quá trình hấp phụ vật lý và hoá học. Độ


14


nhạy khí của cảm biến khí oxit kim loại bán dẫn phụ thuộc vào khả năng hấp phụ
giữa các phân tử khí với bề mặt cảm biến.
1.4.2.1. Quá trình hấp phụ
Hấp phụ là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt
một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbent), chất rắn
xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ (adsorbate). Có 2 quá trình hấp
phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ vật lí là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí
và không hình thành liên kết hóa học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu như
liên kết Van-der-Waals, lực tương tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London. Hấp phụ
vật lí xảy ra ở nhiệt độ thấp, dưới nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ. Nhiệt hấp
phụ thường nhỏ hơn so với hấp phụ hóa học, khoảng dưới 20 kJ/mol.
- Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học,
thường xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm. Hấp phụ hóa học có thể coi
là loại liên kết hoá học giữa các nguyên tử hấp phụ với bề mặt oxit, loại liên kết này
sẽ làm thay đổi cấu trúc bề mặt. Hấp thụ hóa học thường xảy ra sau quá trình hấp
phụ vật lý khi được cung cấp năng lượng hoạt hóa (thường là nhiệt năng). Khi năng
lượng hoạt hóa đạt đến một giá trị nào đó thì quá trình hấp phụ hóa học xảy ra.
Giữa hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiến
hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lí tuỳ thuộc tính chất của bề
mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình (nhiệt
độ, áp suất...).
1.4.2.2. Quá trình giải hấp
Giải hấp là quá trình ngược lại của hấp phụ, khi đó liên kết hóa học bị gãy,
nguyên tử hấp phụ rời khỏi bề mặt. Quá trình giải hấp xảy ra bằng cách kích thích
những trạng thái riêng biệt hoặc do kích thích nhiệt lên vùng nhiệt độ giải hấp. Quá
trình giải hấp giúp ta tính được độ phủ bề mặt của màng.

Ở nhiệt độ thấp, các phân tử hấp phụ có thể lưu lại trên bề mặt vật liệu trong
thời gian dài. Tuy nhiên, khi nhiệt độ bề mặt tăng lên, phân tử nhận được năng

15


lượng và có thể xảy ra các quá trình hấp phụ, phản ứng với bề mặt, phân ly hoặc
giải hấp.
1.4.2.3. Cơ chế nhạy khí của cảm biến khí oxit bán dẫn
Những oxit bán dẫn như ZnO, SnO 2, WO3... trong không khí khoảng 200oC 300oC có khả năng phản ứng với các loại khí oxi hóa hoặc khí khử dẫn đến tính chất
điện thay đổi. Nguyên nhân của sự thay đổi này chính là do sự tương tác của các
phân tử khí với bề mặt màng.
Quá trình nhạy khí được mô tả qua 2 giai đoạn:
 Giai đoạn đầu: hấp phụ và khuếch tán những phân tử khí oxi trên bề mặt và biên hạt
của oxit bán dẫn, quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Quá trình hấp


phụ oxi sẽ tạo ra hàng rào thế giữa các biên hạt làm tăng điện trở của màng.
Giai đoạn hai: khi đặt màng trong môi trường khí cần dò, các nguyên tử oxi hấp phụ
sẽ tương tác với khí cần dò, dẫn đến độ dẫn điện của màng thay đổi. Sự thay đổi
mật độ hạt dẫn đưa đến sự thay đổi giản đồ năng lượng thể hiện tính chất nhạy khí
của màng. Nếu sự thay đổi càng nhiều, độ đáp ứng của cảm biến sẽ càng cao.
a. Quá trình hấp phụ oxi trên bề mặt màng
Khi đặt trong môi trường khí quyển, màng bị bao phủ bởi một lượng lớn các
phân tử oxi. Trên thực tế, màng mỏng oxit bán dẫn có thể hấp phụ nhiều loại khí
khác nhau nhưng oxi vẫn là khí hấp phụ chính và chiếm ưu tiên, số ion oxi hấp phụ
12

2


trên bề mặt có thể đạt giá trị 10 ion/cm . Ban đầu các phân tử oxi này chỉ hấp phụ
vật lý trên màng mà không làm thay đổi điện tích của màng. Nhiệt độ cao nhất đạt
được cho quá trình này vào khoảng 100oC [2].
Các phân tử khí oxi sau khi hấp phụ vật lý trên màng sẽ tương tác với bề mặt
màng thông qua quá trình hấp phụ hóa học, dẫn đến sự thay đổi mật độ điện tích
hay cấu trúc vùng năng lượng của màng. Các phân tử oxi hấp phụ trên bề mặt màng
nhận được điện tử từ vùng dẫn của màng trở thành các phần tử mang điện âm. Tùy
theo nhiệt độ, oxi hấp phụ trên mặt màng có thể tồn tại ở các dạng khác nhau như:

16


−
2

2−

O2, O-, O

và O . Các tính chất nhạy khí oxi hóa/khử của oxit kim loại đều được

giải thích qua tương tác với ion oxi hấp phụ [12].
Quá trình hấp phụ oxi có thể miêu tả như sau:
O2(gas) ⇔

O2(ads)

O2(ads) +

e-


=

O-2(ads)

(nhiệt độ ≤ 100 oC)

O-2(ads) +

e-

=

2O-(ads)

(nhiệt độ từ 100 oC đến 300 oC)

O-(ads) +

e-

=

O2-(ads)

(nhiệt độ ≥ 300 oC)

Chú thích:

gas là khí, ads là hấp phụ.


2−

Dạng O

có năng lượng liên kết mạnh với bề mặt tinh thể do đó dạng oxi
−

−
2

này là khó tồn tại. Khi đó dạng oxi hấp phụ chính trên bề mặt tinh thể là O và O .
−

Dạng O có tính hoạt hóa cao, nổi trội và ảnh hưởng đến tính nhạy khí của màng.
Tuy nhiên, thành phần này chỉ chiếm ưu thế ở nhiệt độ cao trong vùng nhiệt độ hoạt
động của cảm biến (từ 100 oC đến 500 oC).
−

Sự khác nhau về mức độ bao phủ của O có ảnh hưởng lớn đến khả năng
nhạy khí của cảm biến. Với oxit bán dẫn loại n, oxi hấp phụ lấy điện tử của vùng
dẫn, tạo ra một lớp nghèo điện tử ngay dưới bề mặt của các hạt oxit bán dẫn, do đó
hình thành hàng rào thế năng qVs giữa các hạt. Màng nhạy khí bao gồm các hạt có
kích thước nhỏ (cỡ nanomet) liên kết với nhau. Khi đó, hạt tải điện phải vượt qua
hàng rào năng lượng qVs (Hình 1.20) để di chuyển từ hạt tinh thể này sang hạt tinh
thể kia. Hàng rào năng lượng qV s thay đổi theo lượng oxi hấp phụ dẫn đến độ dẫn
điện của lớp nhạy khí thay đổi.

17



Hình 1.20. Mô hình minh họa oxi hấp phụ và hàng rào năng lượng qVs giữa các hạt
tinh thể bán dẫn loại n [2]
b. Quá trình oxi hấp phụ tương tác với khí cần dò
Sau quá trình hấp phụ hoá học, nếu đặt màng vào trong môi trường khí cần
dò, tương tác của khí với màng 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.
Các khí thử có tính khử tương tác với oxi hấp phụ hoá học sẽ trả lại cho
màng các e-, làm tăng tính dẫn điện của màng, hay điện trở màng giảm. Ví dụ:
CO + O-

→

CO2 + e-

C2H5OH + O- → CH3CHO +H2O + eTrong khi đó, các khí có tính oxi hoá lấy đi các e - của oxi hấp phụ hoá học.
Các oxi hấp phụ hoá học sau khi mất e - sẽ có khuynh hướng lấy đi tiếp các e - từ
màng. Màng tiếp tục mất thêm điện tử và độ dẫn điện của màng giảm hay điện trở
của màng sẽ tăng. Ví dụ:
NO + O2- + e-

→ NO2- + O-

NO2 + O2- + 2e- → NO2- + 2O1.4.3. Các đặc trưng của cảm biến nhạy khí

18


1.4.3.1. Độ nhạy

Độ nhạy là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát hiện khí của cảm biến ở
cùng một điều kiện, nó được xác định bằng nồng độ khí nhỏ nhất mà cảm biến có
thể đo được. Thông thường, để đánh giá độ nhạy của cảm biến khí, người ta thường
đo độ đáp ứng về điện (response resistance) của nó. Độ đáp ứng điện trở S của cảm
biến với nồng độ khí cho trước là tỉ số giữa điện trở R g của mẫu trong môi trường
khí thử với điện trở Ra của mẫu đặt trong môi trường không khí sạch và khô.
Đối với khí khử, (Ra>Rg) thì độ đáp ứng điện trở được tính:
R
S= a
R
g

Đối với khí oxi hóa, (RaS=

Trong đó:

R

g
R
a

S là độ đáp ứng điện trở của cảm biến khí
Ra là điện trở của mẫu trong không khí sạch và khô
Rg là điện trở của mẫu trong môi trường có khí thử

1.4.3.2. Độ chọn lọc
Độ chọn lọc là khả năng phân biệt được những khí khác nhau trong một hỗn
hợp khí của cảm biến. Thông thường cảm biến khí oxit kim loại có khả năng nhạy

với nhiều loại khí khác nhau (H 2, CO, CH4, C3H8, C4H10, H2S, NO, NO2, ethanol,
methanol, touluen, acetone…). Vì vậy, việc chế tạo một cảm biến chỉ nhạy với một
vài khí xác định và không nhạy với các khí còn lại là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn
cao. Khả năng chọn lọc của cảm biến phụ thuộc vào các yếu tố: vật liệu chế tạo, loại
tạp chất, nồng độ tạp chất và nhiệt độ làm việc của cảm biến.
1.4.3.3. Thời gian đáp ứng/ Thời gian hồi phục
Thời gian đáp ứng là thời gian tính từ lúc bắt đầu xuất hiện khí thử cho đến
khi điện trở của cảm biến đạt giá trị ổn định R g. Thời gian hồi phục là thời gian tính
từ lúc cảm biến được đặt trở lại điều kiện ban đầu đến khi điện trở của nó trở về giá
trị cũ Ra. Hình 1.21 minh họa thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến.

19


Thời gian phục hồi
Khí vào

Điện trở

Xả khí
Thời gian đáp ứng

Thời gian
Hình 1.21. Sơ đồ cho biết thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến khí [5]

1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính nhạy khí của cảm biến
1.4.4.1. Ảnh hưởng của cấu trúc lớp vật liệu nhạy khí
a. Ảnh hưởng của độ xốp
Đối với các lớp nhạy khí xếp chặt, khí không thể xuyên sâu vào trong lớp
cảm biến mà phản ứng chỉ xảy ra trên bề mặt màng. Do đó, phản ứng nhạy khí bị

hạn chế ở bề mặt của cảm biến.
Đối với các lớp xốp rỗng, khí có thể thâm nhập vào tất cả các lớp hạt làm
tăng hiệu quả của các phản ứng nhạy khí. Tuy nhiên, với cấu trúc quá xốp thì sẽ ảnh
hưởng tới quá trình di chuyển điện tích trong vật liệu, từ đó làm giảm tốc độ đáp
ứng và thời gian hồi phục của thiết bị nên cần phải cân bằng các yếu tố để có một
màng tối ưu cho độ nhạy cao.

20


Hình 1.22. Cấu trúc màng xốp và màng xếp chặt [5]
b. Ảnh hưởng của độ dày lớp màng nhạy khí
Màng mỏng và màng dày không chỉ khác nhau về độ dày mà còn khác nhau ở vi cấu trúc.
Độ nhạy, thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến phụ thuộc nhiều vào độ dày màng. Màng
mỏng cho tốc độ đáp ứng khí nhanh hơn màng dày do thời gian để oxi thâm nhập vào không gian
màng ngắn. Độ nhạy của màng chủ yếu được quyết định bởi hiệu ứng bề mặt.
Đối với màng dày, khi hấp phụ khí phải đi qua một phần chiều dày của màng, do vậy tốc
độ đáp ứng bị hạn chế do chiều dày của màng. Tuy vậy, màng dày lại có diện tích bề mặt hiệu dụng
đối với sự hấp phụ khí lớn, vì vậy độ nhạy của cảm biến tỉ lệ nghịch với kích thước hạt. Một nhược
điểm nữa của lớp nhạy khí màng dày là hiện tượng đứt gãy làm ảnh hưởng đến độ bền và độ ổn
định của cảm biến [2].

Hình 1.23. Hiện tượng đứt gãy của màng dày [2]
Tuy nhiên, ưu điểm của cảm biến khí với lớp màng nhạy khí dày là công
nghệ chế tạo đơn giản và giá thành rẻ.
c. Ảnh hưởng của kích thước hạt
Một trong những nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính nhạy khí là
kích thước hạt. Độ nhạy tăng khi kích thước hạt giảm, nhất là khi kích thước hạt
giảm tới cỡ 6nm. Khi kích thước hạt lớn, độ nhạy ít phụ thuộc vào kích thước hạt.
Khi kích thước hạt nhỏ, sẽ ảnh hưởng mạnh đến độ nhạy khí. Khi kích thước hạt rất

21


nhỏ, toàn bộ độ dẫn điện sẽ bị điều khiển bởi vùng điện tích không gian, độ nhạy
đạt đến giá trị cực đại. Thông thường, tính ổn định của cảm biến sẽ tăng khi kích
thước hạt tăng.
d. Ảnh hưởng của dạng hạt
Mỗi mặt tinh thể liên quan đến các tham số về diện tích bề mặt, mật độ trạng
thái, vị trí các mức năng lượng, phân tử hấp phụ, năng lượng hoạt hoá… Do vậy,
tính chất tương tác khí phụ thuộc mạnh vào hình dáng hạt tinh thể. Với mỗi vật liệu
làm cảm biến và các phương pháp chế tạo khác nhau sẽ cho dạng hạt tinh thể khác
nhau như: hình que, hình hoa, sợi, hình cầu… Và với mỗi dạng hạt sẽ cho định
hướng ưu tiên về: các mặt tinh thể, diện tích tiếp xúc, độ thẩm thấu, khuếch tán
khác nhau.
e. Ảnh hưởng của hình thái bề mặt lớp màng nhạy khí
Lớp màng nhạy khí là tập hợp liên kết của hạt tinh thể. Điện trở lớp màng
nhạy khí khi đó được mô tả như trên hình 1.24 bao gồm: Điện trở của tiếp xúc giữa
các hạt (Rc); điện trở của tiếp xúc giữa các đám hạt (Ra-a); điện trở tổng cộng của
đám hạt (Ragl); điện trở trong từng nội hạt (Rb). Do vậy, điện trở tổng cộng của cảm
biến phụ thuộc vào hình thái của lớp màng nhạy khí và biến đổi theo thời gian hoạt
động của cảm biến [6].

Hình 1.24. Mô hình các điện trở của lớp màng nhạy khí [6]
f. Ảnh hưởng của chất pha tạp
Các công trình nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, việc pha tạp chất vào trong
vật liệu cảm biến có thể làm cải thiện đáng kể tính chất nhạy khí của cảm biến. Độ
nhạy của các thiết bị cảm biến bán dẫn phụ thuộc chủ yếu vào độ dẫn của oxit kim

22

loại với môi trường không khí xung quanh. Tuy nhiên trong không khí là một hỗn
hợp khí cùng tồn tại, do đó đòi hỏi các thiết bị cảm biến phải có độ chọn lọc, độ
nhạy cao, thời gian phản ứng và nhiệt độ phản ứng thấp. Điều này được cải thiện
bằng cách pha tạp thêm một lượng kim loại hoặc oxit kim loại vào chất nền. Ngoài
ra, sự hiện diện của chất pha tạp cũng góp phần làm giảm kích thước hạt.
1.4.4.2. Ảnh hưởng của môi trường đo
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy, độ chọn lọc và độ ổn định của
cảm biến. Khi nhiệt độ hoạt động quá thấp, tốc độ phản ứng giữa các phân tử chậm,
do đó độ nhạy không cao. Ngược lại, nếu nhiệt độ hoạt động quá cao, quá trình oxi
hoá của oxi với khí cần dò xảy ra quá nhanh, tất cả khí dò khi đến bề mặt đều bị oxi
hoá hoặc khử mà không tạo ra bất kì sự thay đổi điện tích có thể quan sát được, dẫn
đến độ nhạy khí rất thấp. Tuy vậy, cũng cần phải có nhiệt độ đủ cao để phản ứng có
thể xảy ra trên bề mặt vật liệu. Vùng nhiệt độ hoạt động thường được chọn theo
thực nghiệm để đạt được độ nhạy cao nhất.
b. Ảnh hưởng của độ ẩm
Trong môi trường có độ ẩm cao, hơi nước hấp phụ trên bề mặt màng dưới
−

hai trạng thái: phân tử nước H 2O (hấp phụ vật lý) và những nhóm Hydroxyl OH
(hấp phụ hóa học). Trong khoảng nhiệt độ từ 20 oC - 160oC phân tử nước hấp phụ
vật lý trên bề mặt màng, dễ bị giải hấp tại 150 oC. Trong khoảng nhiệt độ từ 200 oC −

o

400 C sự hấp phụ hóa học của H 2O diễn ra bởi sự hấp phụ của OH và giải hấp
−

nhóm OH bắt đầu ở 250oC, trong quá trình giải hấp sẽ có sự trả lại điện tử cho
−

màng làm cho điện trở của màng giảm xuống, nhóm OH giải hấp cực đại ở 500 oC
[26]. Như vậy độ ẩm ảnh hưởng rất nhiều đến tính nhạy khí của cảm biến tạo sai số
cho phép đo, làm giảm độ tin cậy của phép đo. Vì vậy, trong quá trình đo cần phải
kiểm soát được độ ẩm hoặc cố định độ ẩm để tránh sai số.

23


c. Ảnh hưởng của điện cực
Do tính chất nhạy khí của cảm biến được đánh giá qua độ dẫn tổng cộng của
điện cực và lớp nhạy khí nên cấu hình điện cực, độ rộng điện cực và khoảng cách
giữa các điện cực ảnh hưởng đến đặc trưng nhạy khí của cảm biến [30]. Vật liệu
điện cực dùng cho cảm biến nhạy khí thường là kim loại có tính bền nhiệt và bền
hóa học như Pt, Pd, Au và Ni, các kim loại này thường là chất xúc tác. Khi đó kim
loại này hoạt động như chất xúc tác tại vùng lân cận của tiếp xúc điện cực kim loại
và vật liệu nhạy khí được gọi là vùng Spillover. Tại vùng Spillover này, oxi trong
không khí (kí hiệu O2g) được hấp phụ trên bề mặt kim loại điện cực sau đó khuếch
−
s

tán và chuyển hóa thành dạng ion oxi (kí hiệu O ) đây là dạng ion oxi có hoạt tính
0
2s

−
2s

hóa học mạnh; ngoài vùng Spillover oxi được hấp phụ (kí hiệu O và O ) trên bề
mặt hạt của vật liệu nhạy khí. Tóm lại, tại vùng Spillover này, oxi hấp phụ ở dạng
có hoạt tính hóa học mạnh dễ tham gia vào các phản ứng với các khí oxi hóa/khử
dẫn đến tính nhạy khí của cảm biến khí bị ảnh hưởng mạnh. Hình 1.25 mô tả tính
hấp phụ oxi tại vùng tiếp giáp điện cực và vật liệu oxit.

Hình 1.25. Tính hấp phụ oxi tại vùng tiếp giáp điện cực và vật liệu oxit [7]
1.5. Các phương pháp chế tạo màng mỏng
Trong chế tạo màng mỏng, người ta thường sử dụng hai phương pháp chính
là phương pháp vật lí và phương pháp hoá học. Phương pháp vật lí giúp cho màng
có độ tinh khiết cao, chất lượng màng tốt. Tuy nhiên, hầu hết các màng tạo bởi
phương pháp này phải được thực hiện trong môi trường chân không, thiết bị phức
24


tạp, đắt tiền. Chế tạo màng mỏng bằng phương pháp hóa học chịu ảnh hưởng nhiều
của môi trường nên độ tinh khiết của màng không cao, không ổn định. Nhưng nếu
không đòi hỏi quá cao về chất lượng màng, thì phương pháp hóa học mang lại nhiều
ưu điểm: thiết bị đơn giản, giá thành thấp. Trong phương pháp hóa học, chế tạo
màng bằng kĩ thuật phun nhiệt phân được nhiều người quan tâm bởi tính hiệu quả
và có thể chế tạo màng có chất lượng tốt.
∗

Nguyên tắc chung của kĩ thuật phun nhiệt phân là: xé các giọt dung

dịch thành các hạt bụi có kích thước rất nhỏ. Các hạt bụi dung dịch được chuyển
đến đế nóng, nhờ tác dụng của nhiệt mà các phản ứng hóa học xảy ra để tạo thành
màng mỏng.
∗

Phân loại kĩ thuật phun nhiệt phân gồm:

-

Kĩ thuật phun tĩnh điện

-

Kĩ thuật phun áp suất

-

Kĩ thuật phun siêu âm

-

Kĩ thuật phun sương li tâm
Phương pháp phun áp suất là một phương pháp đơn giản để chế tạo màng
mỏng, an toàn và đặc biệt phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm. Vì vậy trong
luận văn này, chúng tôi chọn phương pháp phun áp suất để chế tạo màng mỏng
ZnO-SnO2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đầu phun áp suất được thể hiện như hình
1.26.

1.
2.
3.
4.

Đầu phun áp suất gồm các bộ phận
cơ bản sau:

Bình chứa dung dịch
Ống dẫn dung dịch
Ống dẫn khí
Đầu phun

Hình 1.26. Sơ đồ của một đầu phun áp suất [3]
Nguyên tắc hoạt động của kỹ thuật phun áp suất dựa trên định luật Becnuli
đối với chất lưu (chất lỏng và chất khí). Biểu thức của định luật Becnuli:
1 2
ρ v + p + ρ gh = const
2
25