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High‐Performance, Transparent Thin Film Hydrogen Gas Sensor Using 2D Electron Gas at Interface of Oxide Thin Film Heterostructure Grown by Atomic Layer Deposition
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2018-12-11 , DOI: 10.1002/adfm.201807760 Sung Min Kim 1 , Hye Ju Kim 1 , Hae Jun Jung 1 , Ji‐Yong Park 1 , Tae Jun Seok 2 , Yong‐Ho Choa 2 , Tae Joo Park 2 , Sang Woon Lee 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2018-12-11 , DOI: 10.1002/adfm.201807760 Sung Min Kim 1 , Hye Ju Kim 1 , Hae Jun Jung 1 , Ji‐Yong Park 1 , Tae Jun Seok 2 , Yong‐Ho Choa 2 , Tae Joo Park 2 , Sang Woon Lee 1
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A high‐performance, transparent, and extremely thin (<15 nm) hydrogen (H2) gas sensor is developed using 2D electron gas (2DEG) at the interface of an Al2O3/TiO2 thin film heterostructure grown by atomic layer deposition (ALD), without using an epitaxial layer or a single crystalline substrate. Palladium nanoparticles (≈2 nm in thickness) are used on the surface of the Al2O3/TiO2 thin film heterostructure to detect H2. This extremely thin gas sensor can be fabricated on general substrates such as a quartz, enabling its practical application. Interestingly, the electron density of the Al2O3/TiO2 thin film heterostructure can be tailored using ALD process temperature in contrast to 2DEG at the epitaxial interfaces of the oxide heterostructures such as LaAlO3/SrTiO3. This tunability provides the optimal electron density for H2 detection. The Pd/Al2O3/TiO2 sensor detects H2 gas quickly with a short response time of <30 s at 300 K which outperforms conventional H2 gas sensors, indicating that heating modules are not required for the rapid detection of H2. A wide bandgap (>3.2 eV) with the extremely thin film thickness allows for a transparent sensor (transmittance of 83% in the visible spectrum) and this fabrication scheme enables the development of flexible gas sensors.
中文翻译：
在原子层沉积生长的氧化物薄膜异质结构界面上使用二维电子气的高性能透明薄膜氢气传感器
在原子层生长的Al 2 O 3 / TiO 2薄膜异质结构的界面上，使用2D电子气（2DEG）开发了一种高性能，透明且极薄（<15 nm）的氢气（H 2）气体传感器。沉积（ALD），而无需使用外延层或单晶衬底。在Al 2 O 3 / TiO 2薄膜异质结构的表面上使用钯纳米粒子（厚度约2 nm）检测H 2。这种极薄的气体传感器可以制造在诸如石英之类的普通基板上，从而使其可以实际应用。有趣的是，Al 2 O 3的电子密度与氧化物异质结构（如LaAlO 3 / SrTiO 3）的外延界面处的2DEG相比，可以使用ALD工艺温度来定制/ TiO 2薄膜异质结构。这种可调性为H 2检测提供了最佳的电子密度。Pd / Al 2 O 3 / TiO 2传感器在300 K时以<30 s的短响应时间快速检测H 2气体，优于传统的H 2气体传感器，表明快速检测H 2不需要加热模块。具有极薄薄膜厚度的宽带隙（> 3.2 eV）允许透明传感器（在可见光谱中的透射率为83％），并且这种制造方案可以开发出柔性气体传感器。
更新日期：2018-12-11
中文翻译：
在原子层沉积生长的氧化物薄膜异质结构界面上使用二维电子气的高性能透明薄膜氢气传感器
在原子层生长的Al 2 O 3 / TiO 2薄膜异质结构的界面上，使用2D电子气（2DEG）开发了一种高性能，透明且极薄（<15 nm）的氢气（H 2）气体传感器。沉积（ALD），而无需使用外延层或单晶衬底。在Al 2 O 3 / TiO 2薄膜异质结构的表面上使用钯纳米粒子（厚度约2 nm）检测H 2。这种极薄的气体传感器可以制造在诸如石英之类的普通基板上，从而使其可以实际应用。有趣的是，Al 2 O 3的电子密度与氧化物异质结构（如LaAlO 3 / SrTiO 3）的外延界面处的2DEG相比，可以使用ALD工艺温度来定制/ TiO 2薄膜异质结构。这种可调性为H 2检测提供了最佳的电子密度。Pd / Al 2 O 3 / TiO 2传感器在300 K时以<30 s的短响应时间快速检测H 2气体，优于传统的H 2气体传感器，表明快速检测H 2不需要加热模块。具有极薄薄膜厚度的宽带隙（> 3.2 eV）允许透明传感器（在可见光谱中的透射率为83％），并且这种制造方案可以开发出柔性气体传感器。
京公网安备 11010802027423号