Fabrication and Characterization of Polyaniline and Polyaniline/Nanostructured-ZnO FET Hydrogen Gas Sensors

Polianilin ve Polianilin/ ZnO Nanoyapılı FET Hidrojen Gazı Sensörlerinin Üretimi ve Karakterizasyonu

Abstract

In this study, micron-sized Field Effect Transistor (FET) based sensors were produced using Polyaniline (PANI) channels. Pristine and nanostructured-ZnO added PANI was synthesized by free radical chemical oxidative polymerization method. FET production was carried out by producing PANI and PANI/nanostructured-ZnO composite channels on Si/SiO2 (285 nm) substrate by the optical lithography method. The electrical responses of the produced sensors against hydrogen (H2) gas were determined by measuring the source-drain current at 25 ˚C, 50 ˚C and 80 ˚C while applying the +20 V gate voltage to the transistors. It has been observed that PANI channel FET sensor detects H2 gas but adding nanostructured-ZnO into PANI improves the detection performance. Besides, unlike the PANI channel FET sensor, it has been determined that PANI/nanostructured-ZnO composite channel FET sensors operate with an excellent performance at room temperature.

Özet

Bu çalışmada, mikron-boyutlu alan etkili transistör (FET) sensörler polianilin kanallar kullanılarak üretilmiştir. Katkısız ve ZnO nanoparçacık katkılı PANI, serbest radikal kimyasal oksidatif polimerizasyon yöntemi ile sentezlenmiştir. Sentezlenen her iki PANI kullanılarak gaz algılama uygulaması için mikrofabrikasyon yöntemiyle mikron boyutlu, alan etkili transistör (FET) yapıda sensörler üretilmiştir. FET üretimi optik litografi yöntemiyle Si/SiO2 (285 nm) alttaş üzerine PANI ve PANI/nanoyapılı ZnO kanalların üretilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Üretilen sensörlerin hidrojen (H2) gazına karşı gösterdiği elektriksel tepkiler, 25 ˚C, 50 ˚C ve 80 ˚C sıcaklıkta transistöre +20 V kapı gerilimi uygulanırken, kaynak-akaç akımı değişimleri ölçülerek belirlenmiştir. PANI kanal ile üretilen sensörlerin H2 gazını algıladığı ancak PANI içerisine nanoyapılı ZnO katkılamanın algılama performansını iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca PANI kanallı FET sensörün aksine PANI/nanoyapılı ZnO kompozit kanallı FET sensörlerin oda sıcaklığında oldukça iyi bir performansla çalıştığı tespit edilmiştir.