Luận án Nghiên cứu hiệu ứng tự đốt nóng của dây nano SnO₂ ứng dụng cho cảm biến khí

công suất. 
 Biến tính bề mặt dây nano SnO2 bằng phương pháp phún xạ với Ag kim loại 
nhằm tăng cường độ chọn lọc của cảm biến. 
Các điều kiện cũng như các th ng số kỹ thuật tối ưu sẽ được nghiên cứu sinh 
khảo sát và đưa ra ở những phần tiếp theo. 
(a) (b) 
53 
CHƢƠNG 3: ẢNH HƢỞNG CỦA HÌNH THÁI ĐIỆN CỰC VÀ 
VẬT LIỆU NHẠY KHÍ TỚI CÔNG SUẤT HOẠT ĐỘNG VÀ 
TÍNH CHẤT NHẠY KHÍ CỦA CẢM BIẾN 
Sau khi được phát minh vào năm 1954, mãi tới những năm đầu thập niên 1970 
công nghệ MEMS mới thực sự được ứng dụng cho cảm biến khí. Công nghệ MEMS ra 
đời đã tạo ra những thay đổi mang tính cách mạng trong lĩnh vực cảm biến khí, các sản 
phẩm được tạo ra có kích thước ngày càng nhỏ hơn, ổn định hơn và đã giúp làm giảm 
giá thành của sản phẩm [93]. Hiện nay, sản phẩm thương mại của các cảm biến khí oxit 
kim loại dựa trên các lò vi nhiệt vẫn đang được chế tạo bằng công nghệ MEMS mặc dù 
đã có lịch sử 50 năm phát triển khoa học công nghệ. 
Tuy nhiên, đứng trước những yêu cầu và đòi hỏi ngày càng khắt khe của các lĩnh 
vực, đặc biệt là nhu cầu tích hợp cảm biến khí vào các thiết bị di động, điện thoại thông 
minh thì một mặt cảm biến khí ứng dụng công nghệ MEMS vẫn đang được các nhà 
khoa học, các hãng công nghệ tiếp tục quá trình nghiên cứu phát triển và tối ưu hóa. 
Mặt khác, việc tìm kiếm một công nghệ, kỹ thuật thay thế cũng sẽ được nghiên cứu 
phát triển sao cho phù hợp với xu thế. 
3.1. Nghiên cứu phát triển điện cực cho cảm biến tự đốt nóng 
3.1.1. Vai trò của hình thái điện cực trong cảm biến khí oxit kim loại bán 
dẫn 
Nói tới cảm biến khí oxit kim loại bán dẫn thì cảm biến kiểu Taguchi được xem là 
nên tảng đầu tiên cho những phát triển sau này. Trên cơ sở cấu tạo của cảm biến khí 
Taguchi kết hợp với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhiều hướng nghiên cứu 
đã được mở ra nhằm tối ưu hóa hình thái cấu trúc, khả năng và đặc trưng nhạy khí của 
cảm biến khí. Trong đó, vật liệu nhạy khí được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu 
và phát triển nhiều nhất do vật liệu nhạy khí có ảnh hưởng rất lớn tới các thông số như 
54 
độ nhạy, độ chọn lọc, độ ổn định. Nghiên cứu tổng kết gần đây nhất, Ananya [93] và 
Haotian Liu [94] cũng đã phân tích khá chi tiết về vật liệu nhạy khí oxit kim loại bán 
dẫn. 
Lò nhiệt cũng là thành phần chính cấu thành nên cảm biến, do đó vai trò của lò vi 
nhiệt của cảm biến khí cũng đã được nhóm nghiên cứu của Haotian Liu [94] nghiên 
cứu tổng kết. Với cảm biến ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng, lò vi nhiệt đã được loại bỏ 
trong thành phần cấu tạo của cảm biến, điều này dẫn tới sự đơn giản hơn trong quy 
trình công nghệ và giảm được công suất tiêu thụ của cảm biến. 
Ngoài vật liệu nhạy khí và lò vi nhiệt thì thành phần chính thứ 3 cấu tạo nên cảm 
biến chính là điện cực của cảm biến. Điện cực của cảm biến chính là bộ phận dẫn 
truyền tín hiệu, vì thế mối tương quan giữa hình thái cấu trúc của cảm biến với điện 
cực là rất quan trọng, nó giúp cho việc mô tả các thông số đặc trưng của cảm biến. Do 
đó điện cực của cảm biến cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau: 
 Ổn định hóa học và cơ học tốt trên đế. 
 Thuận tiện cho việc kết nối để thu nhận tín hiệu đầu vào - ra. 
 Không gây ảnh hưởng tới vật liệu nhạy khí trong quá trình chế tạo. 
 Có hình dạng phù hợp với yêu cầu chế tạo cảm biến. 
Điện cực của cảm biến một mặt tiếp xúc với đế, một mặt tiếp xúc với vật liệu 
nhạy khí, nên yêu cầu vật liệu chế tạo điện cực cần phải có khả năng ổn định về mặt cơ 
học và hóa học sao cho trong quá trình chế tạo cảm biến và quá trình hoạt động của 
cảm biến sau này thì điện cực sẽ không bị hư hỏng. Sự tương tác giữa vật liệu làm điện 
cực với vật liệu nhạy khí có ảnh hưởng rất lớn tới các thông số đặc trưng của cảm biến. 
Đối với cơ chế tiếp xúc giữa hai vật liệu, Karin Potje-Kamloth đã nghiên cứu và phân 
tích chi tiết về hành vi trong công bố của mình [95] . Với vật liệu nhạy khí là dây nano 
SnO2, để tạo ra tiếp xúc Shottky với điện cực, trong nghiên cứu của M. Chen cho thấy 
vật liệu điện cực phải là Pt [96]. Tuy nhiên, với phương pháp chế tạo là bốc bay nhiệt 
thì tiếp xúc giữa điện cực Pt và dây nano SnO2 lại là tiếp xúc Ohmic, nghĩa là giữa điện 
cực Pt và vật liệu SnO2 không có sự phân biên rõ ràng mà tồn tại ở dạng hợp kim và 
hàm lượng của từng loại vật liệu sẽ tăng dần lên theo hướng của vật liệu điển hình là Pt 
55 
và SnO2. Do đó phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà có thể tạo ra tiếp xúc Shottky 
hoặc tiếp xúc Ohmic giữa vật liệu điện cực và vật liệu nhạy khí, vấn đề này cũng đã 
được thảo luận trong nghiên cứu của M.J. Toohey [97], Sung Pil Lee [98] . Cũng trong 
các nghiên cứu này vai trò hình học của điện cực cũng được thảo luận. Nghiên cứu cho 
thấy, ứng dụng cho cảm biến khí oxit kim loại bán dẫn, loại điện cực có cấu hình loại 2 
điện cực được sử dụng phổ biến hơn cả. Với cấu hình loại này thì vật liệu nhạy khí sẽ 
được đặt giữa 2 điện cực, như hình 3.1 là các dạng điện cực được sử dụng nhiều nhất 
theo quá trình phát triển của cảm biến kể từ cảm biến Taguchi. 
Hình 3.1. Cấu hình các loại điện cực được sử dụng rộng rãi cho cảm biến khí: dạng hình trụ 
(a), dạng đĩa (b), các tấm song song (c), dạng răng lược (d) và dạng sóng âm bề mặt (e) 
[97,98]. 
Các nghiên cứu cho thấy các thông số đặc trưng của cảm biến bị ảnh hưởng rất 
mạnh bởi dạng hình học và vị trí của điện cực. Độ rộng của các răng lược trong điện 
cực răng lược cũng như khoảng cách giữa các điện cực cũng ảnh hưởng tới hoạt động 
nhạy khí [97-100]. 
Với vật liệu nhạy khí ở dạng màng: nếu vật liệu nhạy khí nằm trên điện cực thì độ 
nhạy tăng khi tăng khoảng cách giữa các điện cực. Ngược lại nếu vật liệu nhạy khí nằm 
dưới điện cực thì độ nhạy sẽ giảm khi khoảng cách điện cực tăng. 
 Hoạt động nhạy khí của cảm biến có vật liệu nhạy khí được đặt trên điện cực 
56 
có bề rộng lớn sẽ tăng khi khoảng cách giữa các điện cực giảm. 
Với vật liệu nhạy khí dạng dây nano: 
 Độ nhạy khí của cảm biến tăng lên khi khoảng cách giữa hai điện cực tăng. 
 Độ nhạy khí của cảm biến giảm khi mật độ dây nano giữa hai điện cực tăng. 
Trên cơ sở được phân tích trên đây cho thấy rằng, điện cực là một trong những 
thành phần chính cấu tạo nên cảm biến chiếm giữ vai trò rất quan trọng. Đặc biệt, với 
cảm biến hoạt động dựa trên hiệu ứng tự đốt nóng, khi lò nhiệt đã được loại bỏ hoàn 
toàn trong cấu tạo của cảm biến thì hình thái cấu trúc của điện cực lại càng chiếm giữ 
vai trò to lớn hơn. 
3.1.2. Nghiên cứu phát triển điện cực cho cảm biến tự đốt nóng 
Bước đầu nghiên cứu sinh đã triển khai hai hướng nghiên cứu để tiệm cận dần tới 
mục tiêu đề ra. Cả hai hướng nghiên cứu này đều sử dụng đế thuỷ tinh, vật liệu nhạy 
khí là mạng lưới dây nano SnO2, và sử dụng phương pháp bốc bay nhiệt để mọc trực 
tiếp vật liệu lên điện cực. 
 Hướng thứ nhất là phát triển cảm biến hoạt động ở nhiệt độ thấp. Theo hướng 
nghiên cứu này cảm biến được phát triển: 
- Trong cấu tạo của cảm biến vẫn thiết kế lò vi nhiệt. 
- Điện cực của cảm biến được chế tạo trên đế thuỷ tinh, khoảng cách giữa hai 
điện cực là 6 µm. 
- Trong cấu trúc của điện cực kim loại Au được sử dụng làm xúc tác để mọc dây 
SnO2, lớp Au nằm giữa 2 lớp Cr và Pt, đồng thời phía trên lớp Pt sẽ được phủ lớp SiO2. 
Vì vậy dây nano SnO2 chỉ có thể mọc từ phía rìa của điện cực ra mà không mọc trên 
toàn bộ điện cực. 
- Mạng lưới dây nano sau khi chế tạo sẽ được biến tính bằng kim loại Pd với 
mục đích là để giảm nhiệt độ hoạt động của cảm biến. 
Kết quả đạt được của hướng nghiên cứu đấy là (Hình 3.2): 
- Chế tạo được cảm biến khí H2 hoạt động ở nhiệt độ thấp khoảng 150 
o
C. 
57 
- Xác định được công suất tương ứng với nhiệt độ hoạt động của cảm biến thông 
qua điện áp cấp cho lò nhiệt. Cảm biến chế tạo được có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp, 
tuy nhiên nếu vẫn phải sử dụng lò nhiệt ngoài để cho cảm biến hoạt động thì công suất 
cung cấp cho lò nhiệt vẫn rất cao. Trong khoảng nồng độ 10 ppm đến 20 ppm H2, công 
suất tương ứng với điện áp cấp cho lò nhiệt là khoảng 47 mW. Các kết quả nghiên cứu 
này
1
 đã được tác giả cùng và nhóm nghiên cứu công bố trong công trình quốc tế. 
Hình 3.2. Ảnh nhiệt hồng ngoại của chíp cảm biến ở công suất 157 mW (a), nhiệt độ của chip 
cảm biến ứng với các công suất khác nhau (b), đáp ứng của cảm biến với khí H2 ở các nồng 
độ và các công suất khác nhau (c,d). 
Hướng thứ hai là phát triển cảm biến ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng, tuy nhiên 
trong giai đoạn này mục tiêu của nhóm nghiên cứu là khảo sát hiệu ứng tự đốt nóng 
1
 Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 253, pp. 156–163. 
58 
(b) (c) 
(a) (d) 
của mạng lưới dây nano SnO2 và khảo sát công suất hoạt động của cảm biến trong điều 
kiện thí nghiệm được thiết kế. Theo mục tiêu đề ra của hướng nghiên cứu, cấu trúc 
điện cực của cảm biến được phát triển lại: 
- Loại bỏ hoàn toàn lò vi nhiệt trong cấu tạo của cảm biến. 
- Điện cực vẫn được chế tạo trên đế thuỷ tinh và có cấu trúc dạng răng lược, 
đồng thời ba cảm biến được tích hợp trên một chíp với khoảng cách giữa hai điện cực 
là 60 um và chiều dài phần điện cực gối lên nhau lần lượt là 30, 90 và 270 µm như 
Hình 2.1. Do đó diện tích hiệu dụng của vùng vật liệu nhạy khí tương ứng là 1800 µm2, 
2700 µm
2
 và 16200 µm
2
. 
Hình 3.3. Nhiệt độ tự đốt nóng ở các công suất khác nhau (a), ảnh nhiệt hồng ngoại ở các 
công suất 16,9 mW và 34,5 mW (b,c), điện trở được chuẩn hóa theo mô hình tự đốt nóng và lò 
nhiệt ngoài (d). 
- Trong cấu trúc của điện cực, kim loại Pt được sử dụng làm xúc tác để mọc dây 
SnO2, theo thiết kế này dây nano SnO2 sẽ mọc trên toàn bộ bề mặt của điện cực của 
59 
cảm biến. Như vậy, mật độ mạng lưới dây nano SnO2 sẽ lớn hơn rất nhiều so với điện 
cực được thiết kế theo hướng thứ nhất. 
Theo hướng nghiên cứu này, các kết quả đạt được cũng đã được tác giả cùng và 
nhóm nghiên cứu công bố trong công trình quốc tế2, các kết quả chính như sau (Hình 
3.3): 
- Bằng cách xem điện trở là hàm của công suất và hàm của nhiệt độ khi cảm 
biến hoạt động có sử dụng lò nhiệt ngoài, đã xác định được nhiệt độ tương ứng với 
công suất hoạt động của cảm biến. Quan sát được trực tiếp nhiệt độ hoạt động của cảm 
biến tương ứng với công suất. 
- Cơ chế nhạy khí của cảm biến tự đốt nóng mạng lưới dây nano SnO2 được 
quyết định bởi chiều cao rào thế tại điểm tiếp xúc giữa các dây nano SnO2. 
- Bước đầu đã khảo sát được mật độ mạng lưới dây nano ảnh hưởng tới công 
suất hoạt động của cảm biến, nghĩa là khi mật độ dây nano tăng sẽ làm cho công suất 
hoạt động của cảm biến tăng. 
- Có thể đáp ứng được với khí khử như H2, NH3, C2H5OH tuy nhiên công suất 
hoạt động của cảm biến là quá lớn. 
 Trên cơ sở những kết quả đã đạt được và những hạn chế của hai hướng nghiên 
cứu, nhóm nghiên cứu đã phát triển cảm biến khí ứng dụng hiệu ứng tự đốt nóng có 
hình thái cấu trúc điện cực như sau: 
- Tiếp tục phát triển điện cực trên đế thủy tinh có dạng hình học như Hình 2.2. 
Bởi vì vật liệu này trơ về mặt hóa học, hơn nữa đế thủy tinh so với đế nhôm hoặc đế 
silic có độ dẫn nhiệt thấp và giá thành thấp hơn. 
- Điện cực của cảm biến được chế tạo như hướng nghiên cứu thứ nhất nghĩa là 
có 4 lớp và sử dụng kim loại Au làm vật liệu xúc tác. 
- Điện cực được chế tạo theo dạng đối đỉnh như vậy sẽ dễ dàng kiểm soát mật độ 
dây nano SnO2 vì dây nano chỉ phát triển về một phía thay vì hai phía như dạng răng 
lược, chi tiết về việc chế tạo điện cực được trình bày ở mục 2.1. 
2
 ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 6153−6162. 
60 
3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của mạng lƣới dây nano SnO2 tới công 
suất hoạt động 
3.2.1. Mô hình mạch điện và cơ chế nhạy khí của mạng lƣới dây nano 
SnO2 
Ứng dụng mạng lưới dây nano cho hoạt động nhạy khí đã được nhóm nghiên cứu 
cảm biến khí Viện ITIMS báo cáo trong nhiều công trình [101-103]. Tuy nhiên, trong 
các c ng trình đã được công bố thì cảm biến đều hoạt động dựa trên lò nhiệt ngoài, vì 
vậy mật độ mạng lưới dây nano sau khi chế tạo thường kh ng được quan tâm như là 
một nguyên nhân làm tăng c ng suất hoạt động của cảm biến. Khi lò nhiệt hoạt động 
thì sẽ đốt nóng toàn bộ mạng lưới dây nano có thể gồm cả phần điện cực. 
Trong quá trình chế tạo, mạng lưới dây nano được điều khiển sao cho dây nano 
không thể đủ dài để vươn từ điện cực này sang điện cực ên kia. Hơn nữa, dây nano 
SnO2 chế tạo được có đường kính (100 nm) lớn hơn rất nhiều so với chiều dài Debye, 
nên ảnh hưởng của khí thử tới độ dẫn (bề rộng vùng ngh o) cũng có thể bỏ qua. Vì 
vậy, sự thay đổi độ dẫn của cảm biến mạng lưới dây nano được quyết định bởi chiều 
cao rào thế tại các điểm tiếp xúc dây – dây. Do đó điện trở của tiếp xúc dây – dây (Rnj) 
cao hơn so với điện trở của dây nano (Rnw). Mô hình mạch điện đơn giản cho cảm biến 
mạng lưới dây nano SnO2 được mô tả như Hình 3.4b. 
Khi cấp nguồn (dòng điện I) cho cảm biến, dựa trên hiệu ứng Joule cả dây nano 
và tại điểm tiếp xúc dây – dây sẽ nóng lên (Hình 3.4a,c). Công suất đốt nóng tại tiếp 
xúc được tính theo công thức: 
 Pnj = I
2
.Rnj (3.1) 
và công suất đốt nóng trên dây nano được tính theo: 
 Pnw = I
2
.Rnw (3.2) 
Kết quả mỗi một tiếp xúc dây – dây sẽ trở thành một nguồn vi nhiệt kích hoạt các 
hoạt động nhạy khí do Pnj >> Pnw. Tuy nhiên, không phải tất cả các tiếp xúc đều nóng 
lên ở cùng một nhiệt độ, phụ thuộc vào bản chất tại điểm tiếp xúc (rào thế tại mỗi tiếp 
xúc là khác nhau) sẽ có nhiệt độ khác nhau, những điểm tiếp xúc có điện trở cao sẽ 
61 
nóng trước với nhiệt độ cao hơn. Có thể thấy rằng, mỗi nguồn vi nhiệt (nano heating) 
chỉ làm nóng một vùng rất nhỏ quanh điểm tiếp xúc (local heating). Khi mật độ mạng 
lưới dây nano thưa, các nguồn vi nhiệt phân bố thưa nên tổn hao ra m i trường xung 
quanh lớn và không hỗ trợ được cho nhau vì thế nhiệt độ của toàn bộ cảm biến sẽ thấp. 
Khi mật độ mạng lưới dây nano lớn số lượng tiếp xúc dây – dây tăng lên sẽ làm giảm 
đáng kể điện trở tiếp xúc.Nhiệt độ của cảm biến trong trường hợp này sẽ là đóng góp 
của cả các nguồn vi nhiệt từ của tiếp xúc dây – dây và của cả dây nano, tại các tiếp xúc 
có nhiệt độ cao thay vì thất thoát ra m i trường ngoài khi mật độ dây thưa thì sẽ có tác 
dụng làm nóng những tiếp xúc, dây gần nguồn nhiệt cao này vì thế Pnj ~ Pnw. Nghĩa là 
nhiệt độ của cảm biến sẽ tập trung hơn ởi hiệu ứng tập thể như vậy cảm biến có thể 
hoạt động ở nhiệt độ cao hơn. 
Hình 3.4. Các tiếp xúc dây – dây của mạng lưới dây nano SnO2 được đốt nóng bởi hiệu ứng 
Joule (a), mô hình mạch điện đơn giản cho mạng lưới dây nano có các tiếp xúc được đốt nóng 
(b), một tiếp xúc dây – dây được đốt nóng khi có dòng điện chạy qua (c), điện trở tương ứng 
với tiếp xúc dây – dây được đốt nóng (d). 
Vật liệu nhạy khí là dây nano SnO2, oxit bán dẫn loại n, nên cơ chế nhạy khí tại 
mỗi tiếp xúc dây – dây được mô tả như Hình 3.5. Sau khi hiểu được cơ chế hoạt động 
của cảm biến mạng lưới dây nano SnO2 trên cơ sở của hiệu ứng Joule, nghiên cứu sinh 
tiến hành chế tạo mạng lưới dây nano theo các điều kiện khác nhau và thu được các kết 
quả được trình ày như các phần dưới đây. 
(a) (b) 
(c) (d) 
62 
Hình 3.5. Sơ đồ mô tả cơ chế nhạy khí tại tiếp xúc dây – dây, sự thay đổi của oxy hấp phụ bề 
mặt dẫn tới sự thay đổi của bề rộng vùng nghèo và chiều cao rào thế ở các môi trường khác 
nhau: trong không khí (a), trong môi trường khí khử (b) và trong môi trường khí oxy hóa (c). 
63 
3.2.2. Hình thái cấu trúc mạng lƣới dây nano SnO2 
Các ước công nghệ và điều kiện chế tạo vật liệu dây nano SnO2 theo phương 
pháp bốc bay nhiệt trực tiếp lên điện cực đã được trình bày chi tiết ở chương 2. Hình 
thái và vi cấu trúc của vật liệu dây nano SnO2 được quan sát bằng kính hiển vi điện tử 
quét phát xạ trường (FE-SEM) và ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM). 
Hình 3.6. Ảnh SEM của các cảm biến trên cơ sở dây nano SnO2 được chế tạo ở nhiệt độ 715 
ºC, thời gian 10 phút với các khoảng cách khác nhau của điện cực (a – d): khoảng cách 2 µm 
(a), khoảng cách 5 µm (b), khoảng cách 10 µm (c), khoảng cách 20 µm (d); Ảnh TEM của dây 
nano SnO2 (e,f); ảnh nhỏ được chèn vào ảnh f là ảnh HR-TEM. 
(a) (b) 
(c) (d) 
(e) (f) 
d 
200
=0.24 nm 
64 
Kết quả khảo sát hình thái bề mặt của vật liệu chế tạo ở các điều kiện khác nhau 
được thể hiện trong các Hình 3.6; Hình 3.7 và Hình 3.8. Hình 3.6 là vật liệu dây nano 
SnO2 được chế tạo ở điều kiện nhiệt độ mọc dây là 715 ºC trong thời gian 10 phút (chíp 
S1). Kết quả cho thấy, dây nano không mọc trên toàn bộ bề mặt của điện cực mà chỉ 
mọc từ bên rìa của điện cực mọc ra. Chiều dài của dây nano chỉ khoảng 3 µm, vì vậy 
các điện cực có khoảng cách 10 µm (cảm biến G10) và 20 µm (cảm biến G20) thì các 
dây nano chưa tiếp xúc được với nhau Hình 3.6(c,d), điện cực có khoảng cách 5 µm 
(cảm biến G5) (Hình 3.6b) dây nano rất thưa và số lượng dây nano tiếp xúc được với 
nhau là rất ít, chỉ điện cực có khoảng cách 2 µm (cảm biến G2) là có nhiều dây tiếp xúc 
được với nhau. Đặc biệt, ở điều kiện chế tạo này, vật liệu nhạy khí SnO2 chưa hình 
thành được dây nano mà chỉ là các lá (thanh) nano SnO2. Ảnh TEM của vật liệu được 
cho ở Hình 3.6(e,f), trong đó mặt mạng tinh thể được quan sát rất rõ (Hình 3.6f). Hình 
3.7 là ảnh FE-SEM của mẫu SnO2 được chế tạo ở điều kiện nhiệt độ mọc dây là 715 ºC 
trong thời gian 20 phút (chíp S2). Dây nano cũng kh ng mọc trên toàn bộ bề mặt điện 
cực mà chỉ mọc từ rìa điện cực mọc ra. Chiều dài của dây nano khoảng 5 – 6 µm, vì 
vậy cảm biến G20 các dây nano vẫn chưa tiếp xúc được với nhau (Hình 3.7d), cảm 
biến G10 (Hình 3.7c) các dây nano tiếp xúc được với nhau vẫn đang ít (vẫn nhìn thấy 
phần đế ên dưới), các cảm biến G2 và G5 có mật độ dây đã rất dầy (Hình 3.7 a,b). 
Tuy nhiên, ở điều kiện chế tạo này chúng ta thấy rằng vật liệu chế SnO2 chế tạo được 
trên điện cực gồm 2 thành phần có thể phân biệt rất rõ ràng là cả thanh nano và dây 
nano. Trong đó thanh nano có chiều dài lớn hơn là dây nano, đồng thời chiều ngang 
của dây nano khoảng 100 nm lớn hơn rất nhiều đường kính của dây nano SnO2, khoảng 
30 nm. Nếu quan sát kỹ sẽ thấy thanh nano và dây nano hoàn toàn độc lập, nghĩa là đều 
mọc từ phần vật liệu xúc tác ở điện cực. Để giải thích cho hiện tượng này có thể mô tả 
ngắn gọn và đơn giản như sau: Ở nhiệt độ 715 ºC, vật liệu nguồn là bột Sn đã ị hóa 
hơi và khuếch tán đến rìa điện cực có phần vật liệu xúc tác là Au, sau đấy phản ứng với 
phần vật liệu Au tạo thành hợp kim lỏng Sn-Au. Do nhiệt độ kh ng đủ lớn nên phần 
hợp kim lỏng an đầu sẽ không tạo ra các giọt hợp kim có dạng hình cầu ngay mà tạo 
ra các hình dạng khác, vì thế các thanh nano đã phát triển trước từ hình dạng này, sau 
65 
đấy phần hợp kim Sn-Au ít dần thì sẽ co lại thành giọt có dạng hình cầu và các dây 
nano sau đấy được phát triển từ các giọt hợp kim này. Điều này cũng lý giải vì sao các 
thanh nano có chiều dài lớn hơn các dây nano. 
Hình 3.7. Ảnh FE-SEM của các cảm biến trên cơ sở dây nano SnO2 được chế tạo ở nhiệt độ 
715 ºC, thời gian 20 phút với các khoảng cách khác nhau của điện cực: khoảng cách 2 µm (a), 
khoảng cách 5 µm (b), khoảng cách 10 µm (c), khoảng cách 20 µm (d), ảnh phân giải cao của 
mạng lưới dây nano (e,f). 
Trên cơ sở kết quả của hai điều kiện chế tạo trên đây, nhóm nghiên cứu đã nghiên 
cứu điều kiện mọc dây ở điều kiện nhiệt độ là 730 ºC trong thời gian 20 phút (chíp S3). 
(a) (b) 
(c) (d) 
(e) (f) 
66 
Hình 3.8. Ảnh FE-SEM của các cảm biến trên cơ sở dây nano SnO2 được chế tạo ở nhiệt độ 
730 
oC, thời gian 20 phút với các khoảng cách khác nhau của điện cực (a-d): khoảng cách 2 
µm (a), khoảng cách 5 µm (b), khoảng cách 10 µm (c), khoảng cách 20 µm (d ); Ảnh FE-SEM 
phân giải cao của dây nano SnO2 (e); Ảnh TEM của dây nano SnO2 (f), Ảnh TEM phân giải 
cao của dây nano SnO2 (g); Ảnh nhiễu xạ điện tử của dây nano SnO2 (h). 
(a) (b) 
(c) (d) 
(e) (f) 
(g) (h) 
67 
Góc quét 2 
C
ƣ
ờ
n
g
 đ
ộ
 (
đ
.v
.t
.y
) 
Hình thái của vật liệu thu được như Hình 3.8. Các ảnh SEM cho thấy các dây 
nano SnO2 vẫn phát t