ZnOナノ粒子を用いた真空圧力センサー。

ZnO nanoparticles-based vacuum pressure sensor.

• Fahrettin Sarcan

抄録

平均直径11.5 nmのゾルゲル技術を用いて合成されたZnOナノ粒子は、1 mbarから10+3 mbar（低真空限界）の範囲の真空圧力センサーを作製するために使用されます。電子ビームリソグラフィーで定義された30μmのAuコンタクトを持つガラス上にドロップキャストしたZnOの電流が大幅に増加することが観察された。センサーは、対数プロットで電流と圧力の線形関係を明らかにします。1mbarから10+3mbarの範囲では、センサの感度は110であることがわかりました。真空圧の抵抗時間プロットを用いて、センサの立ち上がり（応答）時間は6.6秒、立ち下がり（回復）時間は15.6秒と決定されました。センサの消費電力は6.5μWである。提案したセンサの動作パラメータは、これまでに報告されたZnOナノ構造ベースのセンサや、実際に従来のセンサよりもはるかに優れていることがわかった。センサーのセンシングメカニズムは、酸素空孔状態と組み合わせた酸素イオンを残して、ZnOナノ粒子の表面からのOH-イオンの吸着/脱着によって説明される。

ZnO nanoparticles synthesized using the sol-gel technique with an average diameter of 11.5 nm are used to fabricate a vacuum pressure sensor in the range of 1 mbar to 10+3 mbar (low vacuum limit). A drastic increase in the current of the drop-casted ZnO on glass with 30 µm separated Au contacts defined by e-beam lithography is observed. The sensor reveals a linear relationship in current versus pressure in a logarithmic plot. In the range of 1 mbar to 10+3 mbar, the sensor sensitivity is found be 110. Using the resistance-time plot of the vacuum pressure, the rise (response) and fall (recovery) times of the sensor are determined as 6.6 and 15.6 s, respectively. The power consumption of the sensor is 6.5 μW. The operational parameters of the proposed sensor are found be much better than those of previously reported ZnO nanostructure-based sensors and, indeed, traditional ones. The sensing mechanism of the sensor is explained by the adsorption/desorption of OH- ions from the surface of the ZnO nanoparticles, leaving behind oxygen ions combined with oxygen vacancy states.

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