3.3. Gas sensing mechanismThe sensi

3.3. Gas sensing mechanism
The sensing mechanism is based on the change in resistance of the sensor by the adsorption and desorption processes of oxygen molecules on the surface of oxides. In general, when an n-type metal oxide semiconductor gas sensor is exposed to air, oxygen molecules will be adsorbed onto the surface of the sensing materials and ionize into species such as O2−, O−, and O2−by reducing electrons at the valence band of the n-type semiconductor and this will form a depletion layer on the surface. In this process,oxygen molecules act as electron acceptor to decrease the electron concentration and, thus, increase the resistance of the sensor .Ni0.9Zn0.1O/ZnO behaves as an n-type semiconductor with electron carriers. Upon exposure to a CO gas atmosphere, for example, at an appropriate temperature, these gas molecules will react with the adsorbed oxygen ions on its surface and release electrons, thus,decreasing the resistance of the sensor. The reactions involved are shown in Eqs. (3) and (4).
2CO
+
O2
−
(ads)→
2CO2 +e− (4)
The enhancement of the sensor response for CO gas in the nano composite material can be ascribed to the p-n heterojunction formation. Similar results of sensor performance improvement using metal oxide hetero-structure are reported by various authors [45,55,56]. In fact, the creation of inner electric fields at the semiconductor p-n interface will allow the electrons to flow from Ni0.9Zn0.1O (with higher band gap) to ZnO while holes will flow in the opposite direction until the fermi level equalizes. This creates an electron depleted layer at the interface of ZnO and Ni0.9Zn0.1O which bends the energy band. The formation of two depleted layer,one at the surface of individual grain by the adsorption of oxygen species and other at the hetero-interface of ZnO and Ni0.9Zn0.1O,promotes higher oxygen adsorption on the sensor surface which might provide higher reaction sites. Therefore, by reacting with the CO gas, more electrons will be released back to the conduction band, leading eventually to an enhanced response (Fig. 11).The influence of p-n junction can also be explained as follows:the normal ambient resistance of the nano composite material in air (Rair) will be higher than that of each component (Ni0.9Zn0.1O:Rair= 131 , ZnO: Rair= 750 k, Ni0.9Zn0.1O/ZnO: Rair= 60 M a t300◦C as observed in Fig. 4(b)), due to the fact that at the contact between both components, there is a depletion layer increasing the contact resistance between the grains. The overall resistance of the layer is dominated by this contact resistance which explains the drastic increase in the resistance of the composite. When a reducing gas (CO) is introduced, the electron releases from the CO oxidation will decrease the holes concentration in p-type Ni0.9Zn0.1O by combining with them and this will result in an increase of the electron concentration according to the law of mass action for semiconductor (n0× p0= ni2). As a result, the concentration gradient of the same charge carrier on both sides of p-n junction is reduced. This leads to decrease of the potential barrier height of depletion layer at the interface. This result in a large decrease in the resistance, thus,increasing the sensor response compared to the situation without heterojunction.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

3.3. กลไกตรวจจับก๊าซกลไกการตรวจวัดตามการเปลี่ยนแปลงในความต้านทานของเซ็นเซอร์ โดยใช้กระบวนการดูดซับและคายออกของโมเลกุลออกซิเจนบนผิวของออกไซด์ ทั่วไป เมื่อสัมผัสกับอากาศเป็นสารกึ่งตัวนำ n-ประเภทโลหะออกไซด์ก๊าซเซนเซอร์ โมเลกุลออกซิเจนจะซับบนพื้นผิวของวัสดุตรวจวัด ionize ในสายพันธุ์เช่น O2−, O− และ O2−by ลดอิเล็กตรอนในวงวาเลนซ์ของสารกึ่งตัวนำชนิด n และนี้จะฟอร์มชั้นสูญเสียบนพื้นผิว ในกระบวนการนี้ โมเลกุลออกซิเจนเป็น electron acceptor การลดความเข้มข้นของอิเล็กตรอน และ ดังนั้น เพิ่มความต้านทานของเซ็นเซอร์ Ni0.9Zn0.1O/ZnO ทำงานเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด n มีกับผู้ให้บริการของอิเล็กตรอน เมื่อสัมผัสกับบรรยากาศที่เป็นก๊าซ CO เช่น ที่อุณหภูมิเหมาะสม โมเลกุลก๊าซเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับไอออนออกซิเจนซับบนของ surface และปล่อยอิเล็กตรอน ดังนั้น การลดความต้านทานของเซ็นเซอร์ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องจะแสดงอยู่ใน Eqs (3) และ (4)2CO+O2−→ (โฆษณา)2CO2 + e− (4)The enhancement of the sensor response for CO gas in the nano composite material can be ascribed to the p-n heterojunction formation. Similar results of sensor performance improvement using metal oxide hetero-structure are reported by various authors [45,55,56]. In fact, the creation of inner electric fields at the semiconductor p-n interface will allow the electrons to flow from Ni0.9Zn0.1O (with higher band gap) to ZnO while holes will flow in the opposite direction until the fermi level equalizes. This creates an electron depleted layer at the interface of ZnO and Ni0.9Zn0.1O which bends the energy band. The formation of two depleted layer,one at the surface of individual grain by the adsorption of oxygen species and other at the hetero-interface of ZnO and Ni0.9Zn0.1O,promotes higher oxygen adsorption on the sensor surface which might provide higher reaction sites. Therefore, by reacting with the CO gas, more electrons will be released back to the conduction band, leading eventually to an enhanced response (Fig. 11).The influence of p-n junction can also be explained as follows:the normal ambient resistance of the nano composite material in air (Rair) will be higher than that of each component (Ni0.9Zn0.1O:Rair= 131 , ZnO: Rair= 750 k, Ni0.9Zn0.1O/ZnO: Rair= 60 M a t300◦C as observed in Fig. 4(b)), due to the fact that at the contact between both components, there is a depletion layer increasing the contact resistance between the grains. The overall resistance of the layer is dominated by this contact resistance which explains the drastic increase in the resistance of the composite. When a reducing gas (CO) is introduced, the electron releases from the CO oxidation will decrease the holes concentration in p-type Ni0.9Zn0.1O by combining with them and this will result in an increase of the electron concentration according to the law of mass action for semiconductor (n0× p0= ni2). As a result, the concentration gradient of the same charge carrier on both sides of p-n junction is reduced. This leads to decrease of the potential barrier height of depletion layer at the interface. This result in a large decrease in the resistance, thus,increasing the sensor response compared to the situation without heterojunction.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

3.3 กลไกการตรวจวัดก๊าซ
กลไกการตรวจจับจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานของเซ็นเซอร์โดยการดูดซับกระบวนการของโมเลกุลออกซิเจนบนพื้นผิวของออกไซด์ โดยทั่วไปเมื่อโลหะออกไซด์แก๊สเซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ชนิดเอ็นสัมผัสกับอากาศโมเลกุลออกซิเจนจะถูกดูดซับเข้าสู่พื้นผิวของวัสดุที่ตรวจจับและอิออนเข้าสู่ชนิดเช่น O2-, O- และ O2-โดยการลดอิเล็กตรอนที่ Valence วงของ n-ประเภทเซมิคอนดักเตอร์และนี้จะก่อให้เกิดการสูญเสียชั้นบนพื้นผิว ในขั้นตอนนี้โมเลกุลออกซิเจนทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนเพื่อลดความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและจึงเพิ่มความต้านทานของเซ็นเซอร์ .Ni0.9Zn0.1O / ZnO ทำงานเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นกับผู้ให้บริการอิเล็กตรอน เมื่อสัมผัสกับบรรยากาศก๊าซ CO สำหรับตัวอย่างเช่นที่อุณหภูมิที่เหมาะสมโมเลกุลของแก๊สเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนไอออนดูดซับบนพื้นผิวของมันและปล่อยอิเล็กตรอนจึงลดความต้านทานของเซ็นเซอร์ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการแสดงอยู่ใน EQS (3) และ (4).
2CO
+
O2
-
(ADS) →
2CO2 + E- (4)
การเพิ่มประสิทธิภาพของการตอบสนองเซ็นเซอร์สำหรับก๊าซ CO ในวัสดุนาโนคอมโพสิตที่สามารถกำหนดรูปแบบเฮเทอโร PN ผลที่คล้ายกันในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของเซ็นเซอร์โดยใช้โลหะออกไซด์แตกต่างมีโครงสร้างจะมีการรายงานโดยผู้เขียนต่างๆ [45,55,56] ในความเป็นจริงการสร้างสนามไฟฟ้าภายในที่อินเตอร์เฟซเซมิคอนดักเตอร์ PN จะช่วยให้อิเล็กตรอนจะไหลจาก Ni0.9Zn0.1O (มีช่องว่างแถบที่สูงขึ้น) เพื่อซิงค์ออกไซด์ในขณะที่หลุมจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามจนกว่าระดับแฟร์เท่ากัน นี้จะสร้างชั้นหมดอิเล็กตรอนที่อินเตอร์เฟซของซิงค์ออกไซด์และ Ni0.9Zn0.1O ที่โค้งวงพลังงาน การก่อตัวของชั้นสองหมดหนึ่งที่พื้นผิวของเมล็ดข้าวแต่ละบุคคลโดยการดูดซับออกซิเจนและอื่น ๆ ที่แตกต่างมีอินเตอร์เฟซของซิงค์ออกไซด์และ Ni0.9Zn0.1O ส่งเสริมการดูดซับออกซิเจนที่สูงขึ้นบนพื้นผิวเซ็นเซอร์ซึ่งอาจให้เว็บไซต์ปฏิกิริยาสูง . ดังนั้นในการทำปฏิกิริยากับก๊าซ CO อิเล็กตรอนมากขึ้นจะได้รับการปล่อยตัวกลับไปที่การนำวงดนตรีชั้นนำในที่สุดจะทำให้การตอบสนองที่เพิ่มขึ้น (รูปที่ 11). อิทธิพลของสนธิ PN ได้โดยง่ายนอกจากนี้ยังสามารถอธิบายได้ดังนี้ความต้านทานแวดล้อมปกติของ นาโนวัสดุผสมในอากาศ (Rair) จะสูงกว่าที่ของแต่ละองค์ประกอบ (Ni0.9Zn0.1O: Rair = 131, ซิงค์ออกไซด์: Rair = 750 K ?, Ni0.9Zn0.1O / ZnO: Rair = 60 เมตรหรือไม่? t300◦Cเป็นข้อสังเกตในรูปที่. 4 (ข)) เนื่องจากความจริงที่ว่าในการติดต่อกันระหว่างทั้งสองส่วนมีเป็นชั้นพร่องการเพิ่มความต้านทานติดต่อระหว่างธัญพืช ความต้านทานโดยรวมของชั้นถูกครอบงำโดยความต้านทานติดต่อนี้ซึ่งจะอธิบายการเพิ่มขึ้นอย่างมากในความต้านทานของคอมโพสิต เมื่อก๊าซลด (CO) เป็นที่รู้จัก, รุ่นอิเล็กตรอนจากออกซิเดชัน CO จะลดความเข้มข้นของหลุมใน P-ประเภท Ni0.9Zn0.1O โดยการรวมกับพวกเขาและนี้จะส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของอิเล็กตรอนตามกฎหมาย ของการกระทำมวลสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ (N0 × P0 = Ni2) เป็นผลให้การไล่ระดับสีความเข้มข้นของผู้ให้บริการค่าใช้จ่ายเหมือนกันทั้งสองด้านของทางแยก PN จะลดลง นี้นำไปสู่การลดลงของความสูงอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นของชั้นพร่องที่อินเตอร์เฟซ ผลที่ได้นี้ในการลดลงของขนาดใหญ่ในการต่อต้านจึงเพิ่มขึ้นการตอบสนองเซ็นเซอร์เมื่อเทียบกับสถานการณ์โดยไม่ต้องเฮเทอโร