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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 18/2018

27.04.2018

Deposition and characterization of ultrathin intrinsic zinc oxide (i-ZnO) films by radio frequency (RF) sputtering for propane gas sensing application

verfasst von: G. Regmi, M. Rohini, P. Reyes-Figueroa, Arturo Maldonado, María de la Luz Olvera, S. Velumani

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 18/2018

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Abstract

An enhancing awareness about the hazardous gaseous environment in the domestic and industrial sectors is on the rise across the globe. Thus, the necessity to efficiently detect and monitor the potentially hazardous gases, mainly that are toxic and flammable, is widely being researched. Propane, a liquefied petroleum gas (LPG), is highly inflammable and explosive when it comes in contact with an ignition source. Therefore, it is highly important to develop an upgraded propane gas sensor that could be used in various places such as household appliances, liquid natural gas (LNG) and petrochemical industry, automobile and aerospace industry, and relevant sectors where the propane is used. In the present work, ultrathin intrinsic zinc oxide (i-ZnO) films were deposited by the radio frequency (RF) sputtering technique at various working pressures (2–8 mTorr) at constant 100 W for gas sensing applications. Thus, deposited films were characterized by various techniques such as X-ray diffractometry (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FESEM), ultra-violet spectrophotometry (UV–Vis), and finally by a gas sensing technique for their structural, morphological, optical, and sensing characteristics. XRD pattern confirms the formation of hexagonal phase of ZnO with a preferred orientation along the (002) plane. The bandgap of the deposited films was determined to be between 3.19 and 3.21 eV as measured from UV–Vis spectra. The scanning electron micrographs revealed the formation of vertically aligned and cross-linked nanowall structures at lower working pressures. Finally, the gas sensing properties of the films were exclusively studied, at various operating temperatures (100, 200, and 300 °C), for different propane gas concentrations. The film deposited at 2 mTorr exhibited a gas sensitivity of 0.998 and almost equal to 30 s of response time and 35 s of recovery time at an operating temperature of 300 °C for the propane gas concentration of 500 ppm, which implies the potentiality of using this film as a propane gas sensor.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat S. Soloman, Sensor Handbook, 2nd edn. (Mc Graw-Hill, Newyork, 2010), pp. 1–9 S. Soloman, Sensor Handbook, 2nd edn. (Mc Graw-Hill, Newyork, 2010), pp. 1–9
3.
Zurück zum Zitat M. Benetti, D. Cannata, F. Di Pietrantonio, E. Verona, P. Verardi, N. Scarisoreanu, D. Matei, G. Dinescu, A. Moldovan, M. Dinescu, Superlattices Microstruct. 39, 366 (2006)CrossRef M. Benetti, D. Cannata, F. Di Pietrantonio, E. Verona, P. Verardi, N. Scarisoreanu, D. Matei, G. Dinescu, A. Moldovan, M. Dinescu, Superlattices Microstruct. 39, 366 (2006)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat S. Krishan, S. Chakravarthy, A. Rangal, E. Prokhorov, G. Barcenas, R. Esparza, M. Meyyappan, RSC Adv. 6, 20102 (2016)CrossRef S. Krishan, S. Chakravarthy, A. Rangal, E. Prokhorov, G. Barcenas, R. Esparza, M. Meyyappan, RSC Adv. 6, 20102 (2016)CrossRef
7.
8.
11.
Zurück zum Zitat C. Hagleither, A. Hiertemann, D. Lange, A. Kummer, N. Kerness, O. Brand, H. Baltes, Nature 15, 293 (2001)CrossRef C. Hagleither, A. Hiertemann, D. Lange, A. Kummer, N. Kerness, O. Brand, H. Baltes, Nature 15, 293 (2001)CrossRef
12.
14.
Zurück zum Zitat M.C. Horrillo, M.J. Fernandez, J.L. Fontecha, I. Sayago, M. Garcia, M. Aleixandre, J. Gutierrez, I. Gracia, C. Cane, Sens. Actuators B 118, 356 (2006)CrossRef M.C. Horrillo, M.J. Fernandez, J.L. Fontecha, I. Sayago, M. Garcia, M. Aleixandre, J. Gutierrez, I. Gracia, C. Cane, Sens. Actuators B 118, 356 (2006)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat R. Ionescu, A. Hoel, C.G. Granqvist, E. Llobet, P. Heszler, Sens. Actuators B 104, 132 (2005)CrossRef R. Ionescu, A. Hoel, C.G. Granqvist, E. Llobet, P. Heszler, Sens. Actuators B 104, 132 (2005)CrossRef
16.
19.
Zurück zum Zitat V.K. Jayaraman, A. Maldonado, M. Olvera, Mater. Lett. 157, 169 (2015)CrossRef V.K. Jayaraman, A. Maldonado, M. Olvera, Mater. Lett. 157, 169 (2015)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat A. Sivapunniyam, N. Wiromrat, M.T.Z. Myint, J. Dutta, Sens. Actuators B 157, 232 (2011)CrossRef A. Sivapunniyam, N. Wiromrat, M.T.Z. Myint, J. Dutta, Sens. Actuators B 157, 232 (2011)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat H. Gomez-Pozos, J.L. Gonzalez-Vidal, G.A. Torres, J.R. Baez, Sensors 13, 3432 (2013)CrossRef H. Gomez-Pozos, J.L. Gonzalez-Vidal, G.A. Torres, J.R. Baez, Sensors 13, 3432 (2013)CrossRef
23.
24.
Zurück zum Zitat I. Sayago, M. Aleixandre, A. Martinez, M.J. Fernandez, J.P. Santos, J. Gutierrez, I. Gracia, M.C. Horrillo, Synth. Mater. 148, 37 (2005)CrossRef I. Sayago, M. Aleixandre, A. Martinez, M.J. Fernandez, J.P. Santos, J. Gutierrez, I. Gracia, M.C. Horrillo, Synth. Mater. 148, 37 (2005)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat S.S. Shinde, P.S. Shinde, Y.W. Oh, D. Haranath, C.H. Bhosale, K.Y. Rajpure, Appl. Surf. Sci. 258, 9969 (2012)CrossRef S.S. Shinde, P.S. Shinde, Y.W. Oh, D. Haranath, C.H. Bhosale, K.Y. Rajpure, Appl. Surf. Sci. 258, 9969 (2012)CrossRef
26.
27.
29.
Zurück zum Zitat R. Ondo-Ndong, G. Ferblantier, M.A. Kalfioui, A. Boyer, A. Foucaran, J. Cryst. Growth 225, 130 (2003)CrossRef R. Ondo-Ndong, G. Ferblantier, M.A. Kalfioui, A. Boyer, A. Foucaran, J. Cryst. Growth 225, 130 (2003)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat E.J. Ibanga, C. Le Luyer, J. Mugnier, Mater. Chem. Phys. 80, 490 (2003)CrossRef E.J. Ibanga, C. Le Luyer, J. Mugnier, Mater. Chem. Phys. 80, 490 (2003)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat M.J. Height, S.E. Pratsinis, O. Mekasuwandumrong, P. Praserthdam, Appl. Catal. B 63, 305 (2006)CrossRef M.J. Height, S.E. Pratsinis, O. Mekasuwandumrong, P. Praserthdam, Appl. Catal. B 63, 305 (2006)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat B.D. Ahn, S.H. Oh, D.U. Hong, D.H. Shin, A. Moujoud, H.J. Kim, J. Cryst. Growth 310, 3303 (2008)CrossRef B.D. Ahn, S.H. Oh, D.U. Hong, D.H. Shin, A. Moujoud, H.J. Kim, J. Cryst. Growth 310, 3303 (2008)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat S. Pearton, D. Norton, K. Ip, Y. Heo, T. Steiner, Superlattices Microstruct. 34, 3 (2003)CrossRef S. Pearton, D. Norton, K. Ip, Y. Heo, T. Steiner, Superlattices Microstruct. 34, 3 (2003)CrossRef
35.
Zurück zum Zitat M. Dwivedi, J. Bhargava, A. Sharma, V. Vyas, G. Eranna, IEEE Sens. J. 14, 577 (2014)CrossRef M. Dwivedi, J. Bhargava, A. Sharma, V. Vyas, G. Eranna, IEEE Sens. J. 14, 577 (2014)CrossRef
36.
Zurück zum Zitat C.M. Ghimbeu, J. Schoonman, M. Lumbreras, M. Siadat, Appl. Surf. Sci. 253, 7483 (2007)CrossRef C.M. Ghimbeu, J. Schoonman, M. Lumbreras, M. Siadat, Appl. Surf. Sci. 253, 7483 (2007)CrossRef
37.
Zurück zum Zitat P. Samarasekara, N.U.S. Yapa, N.T.R.N. Kumara, M.V.K. Perera, Bull. Mater. Sci. 30, 113 (2007)CrossRef P. Samarasekara, N.U.S. Yapa, N.T.R.N. Kumara, M.V.K. Perera, Bull. Mater. Sci. 30, 113 (2007)CrossRef
38.
Zurück zum Zitat P. Bhattacharya, P.K. Basu, H. Saha, S. Basu, Sens. Actuators B 124, 62 (2007)CrossRef P. Bhattacharya, P.K. Basu, H. Saha, S. Basu, Sens. Actuators B 124, 62 (2007)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat V.M. Latyshev, T.O. Berestok, A.S. Opanasyuk, A.S. Kornyushchenko, Solid State Sci. 67, 109 (2017)CrossRef V.M. Latyshev, T.O. Berestok, A.S. Opanasyuk, A.S. Kornyushchenko, Solid State Sci. 67, 109 (2017)CrossRef
40.
Zurück zum Zitat S.T. Shishiyanu, T.S. Shishiyanu, O.I. Lupan, Sens. Actuators B 107, 379 (2005)CrossRef S.T. Shishiyanu, T.S. Shishiyanu, O.I. Lupan, Sens. Actuators B 107, 379 (2005)CrossRef
43.
Zurück zum Zitat M.C. Shin, G.T. Lay, H.L. Wei, H.S. Yen, H.H. Min, Sensors 6, 1420 (2006)CrossRef M.C. Shin, G.T. Lay, H.L. Wei, H.S. Yen, H.H. Min, Sensors 6, 1420 (2006)CrossRef
44.
Zurück zum Zitat R.K. Nath, S.S. Nath, K. Sunar, J. Appl. Sci. Technol. 3, 85 (2012) R.K. Nath, S.S. Nath, K. Sunar, J. Appl. Sci. Technol. 3, 85 (2012)
45.
Zurück zum Zitat H. Pozos, J. Vidal, G. Torres, J. baez, M. Alejo, L. Castaneda, Sensors 13, 3432 (2013)CrossRef H. Pozos, J. Vidal, G. Torres, J. baez, M. Alejo, L. Castaneda, Sensors 13, 3432 (2013)CrossRef
46.
47.
48.
Zurück zum Zitat M. Dhingra, N.K. Singh, S. Shrivastara, P.S. Kumar, S. Annapoorni, Sens. Actuators A 190, 68 (2013)CrossRef M. Dhingra, N.K. Singh, S. Shrivastara, P.S. Kumar, S. Annapoorni, Sens. Actuators A 190, 68 (2013)CrossRef
49.
Zurück zum Zitat P.K. Kannan, R. Saraswathi, J.B.B. Rayappan, Ceram. Int. 40, 13115 (2014)CrossRef P.K. Kannan, R. Saraswathi, J.B.B. Rayappan, Ceram. Int. 40, 13115 (2014)CrossRef
50.
Zurück zum Zitat E. Baudet, M. Sergent, P. Nemec, C. Cardinaud, E. Rinnert, K. Michel, L. Jouany, B. Buureau, V. Nazabal, Sci. Rep. 7, 3500 (2017)CrossRef E. Baudet, M. Sergent, P. Nemec, C. Cardinaud, E. Rinnert, K. Michel, L. Jouany, B. Buureau, V. Nazabal, Sci. Rep. 7, 3500 (2017)CrossRef
51.
52.
Zurück zum Zitat G.A. Kumar, M.V.R. Reddy, K.N. Reddy, ICMST 73, 012133 (2015) G.A. Kumar, M.V.R. Reddy, K.N. Reddy, ICMST 73, 012133 (2015)
53.
Zurück zum Zitat W.L. Dang, Y.Q. Fu, J.K. Luo, A.J. Flewitt, W.I. Milne, Superlattices Microstruct. 42, 89 (2007)CrossRef W.L. Dang, Y.Q. Fu, J.K. Luo, A.J. Flewitt, W.I. Milne, Superlattices Microstruct. 42, 89 (2007)CrossRef
55.
Zurück zum Zitat U. Seetawan, S. Jugsujinda, T. Seetawan, A. Ratchasin, C. Euvananont, C. Thanachayanont, P. chainaronk, Mater. Sci. Appl. 2, 1302 (2011) U. Seetawan, S. Jugsujinda, T. Seetawan, A. Ratchasin, C. Euvananont, C. Thanachayanont, P. chainaronk, Mater. Sci. Appl. 2, 1302 (2011)
56.
57.
Zurück zum Zitat B.E. Warren, X-ray Diffraction, 1st edn. (Dover, Newyork, 1969), pp. 85–92 B.E. Warren, X-ray Diffraction, 1st edn. (Dover, Newyork, 1969), pp. 85–92
58.
Zurück zum Zitat G. Escalante, H. Juarez, P. Fernandez, Adv. Powder Technol. 28, 23 (2017)CrossRef G. Escalante, H. Juarez, P. Fernandez, Adv. Powder Technol. 28, 23 (2017)CrossRef
59.
Zurück zum Zitat H. Park, S.Q. Hussain, S. Velumani, A.H.T. Le, S. Ahn, S. Kim, J. Yi, Mat. Sci. Semicond. Process. 37, 29 (2015)CrossRef H. Park, S.Q. Hussain, S. Velumani, A.H.T. Le, S. Ahn, S. Kim, J. Yi, Mat. Sci. Semicond. Process. 37, 29 (2015)CrossRef
60.
Zurück zum Zitat A.P. Nayak, A.M. Katzenmeyer, Y. Gosho, B. Tekin, M. Islam, Appl. Phys. A 107, 661 (2012)CrossRef A.P. Nayak, A.M. Katzenmeyer, Y. Gosho, B. Tekin, M. Islam, Appl. Phys. A 107, 661 (2012)CrossRef
61.
63.
Zurück zum Zitat B.D. Viezbicke, S. Patel, B.E. Davis, D.P. Birnie III, Phys. Status Solidi B 252, 1700 (2015)CrossRef B.D. Viezbicke, S. Patel, B.E. Davis, D.P. Birnie III, Phys. Status Solidi B 252, 1700 (2015)CrossRef
64.
Zurück zum Zitat A. Yu, J. Qian, H. Pan, Y. Cui, M. Xu, L. Tu, Q. Chai, X. Zhou, Sens. Actuator B 158, 9 (2011)CrossRef A. Yu, J. Qian, H. Pan, Y. Cui, M. Xu, L. Tu, Q. Chai, X. Zhou, Sens. Actuator B 158, 9 (2011)CrossRef
65.
Zurück zum Zitat N. Han, L. Chai, Q. Wang, Y. Tian, P. Deng, Y. Chen, Sens. Actuator B 147, 525 (2010)CrossRef N. Han, L. Chai, Q. Wang, Y. Tian, P. Deng, Y. Chen, Sens. Actuator B 147, 525 (2010)CrossRef
66.
Zurück zum Zitat J.Q. He, J. Yin, D. Liu, L.X. Zhang, F.S. Cai, L.J. Bie, Sens. Actuator B 182, 170 (2013)CrossRef J.Q. He, J. Yin, D. Liu, L.X. Zhang, F.S. Cai, L.J. Bie, Sens. Actuator B 182, 170 (2013)CrossRef
67.
68.
Zurück zum Zitat J.F. Chang, H.H. Kuo, I.C. Leu, M.H. Hon, Sens. Actuators B 84, 258 (2002)CrossRef J.F. Chang, H.H. Kuo, I.C. Leu, M.H. Hon, Sens. Actuators B 84, 258 (2002)CrossRef
69.
Zurück zum Zitat T.V.K. Karthik, M. Olvera, A. Maldonado, H. Gomez Pozos, Sensors 16, 1283 (2016)CrossRef T.V.K. Karthik, M. Olvera, A. Maldonado, H. Gomez Pozos, Sensors 16, 1283 (2016)CrossRef
70.
Zurück zum Zitat S.P. Chang, C.H. Wen, S.J. Chang, Electron Mater. Lett. 10, 693 (2014)CrossRef S.P. Chang, C.H. Wen, S.J. Chang, Electron Mater. Lett. 10, 693 (2014)CrossRef
71.
Zurück zum Zitat K. Wetchakun, T. Samerjai, N. Tamaekong, C. Liewhiran, C. Siriwong, V. Kruefu, A. Wisitsoraat, A. Tuantranont, S. Phanichphant, Sens. Actuators B 160, 580 (2011)CrossRef K. Wetchakun, T. Samerjai, N. Tamaekong, C. Liewhiran, C. Siriwong, V. Kruefu, A. Wisitsoraat, A. Tuantranont, S. Phanichphant, Sens. Actuators B 160, 580 (2011)CrossRef
Metadaten
Titel
Deposition and characterization of ultrathin intrinsic zinc oxide (i-ZnO) films by radio frequency (RF) sputtering for propane gas sensing application
verfasst von
G. Regmi
M. Rohini
P. Reyes-Figueroa
Arturo Maldonado
María de la Luz Olvera
S. Velumani
Publikationsdatum
27.04.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 18/2018
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-018-9166-1

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