過渡金屬氧化物（TMO）如 ZnO、CuO、CdO、TiO2 和 NiO 已廣泛應用於氣體傳感領域。三氧化鎢 (WO3) 是一種 n 型半導體 TMO 材料，具有寬帶隙、熱穩定性和表面活性位點等優異性能。 WO3 納米材料還研究了各種應用，即光催化劑、光電極、光致變色。具有花椰菜、薄膜、納米片和納米球形顆粒等各種形態的WO3已被用於氣體傳感。納米尺寸的 WO3 對還原和氧化氣體如乙醇和二氧化氮 (NO2) 非常敏感。

 

乙醇是一種常見的揮發性有機化合物 (VOC)，廣泛用於許多商業應用，例如飲料、食品和車輛燃料。然而，酒後駕車往往會導致致命的道路交通事故。因此，乙醇檢測備受關注，而基於 WO3 的傳感器是很有前途的材料。此外，NO2 是一種氣體，當暴露於濃度超過 53 ppb 時會導致兒童急性呼吸道疾病。對 NOx 氣體的出色響應使得基於 WO3 的傳感器適用於商業應用。

 

 

 

 

因此，RF 濺射技術已應用於在 SiO2/Si 襯底上製備的具有不同受控厚度的 WO3 納米棒薄膜氣體傳感器，用於 C2H5OH 和 NO2 傳感應用。針對二氧化氮（NO2）和乙醇的氣體傳感製備了納米三氧化鎢，所生產的傳感器具有良好的基線穩定性、良好的重複性和快速響應。納米三氧化鎢的合成過程如下：

 

 

 

 

WO3 納米結構薄膜被濺射到由 SiO2/Si 基襯底製成的預製叉指 (IDT) 電極上。 SiO2 (~300 nm)、Cr (~50 nm) 和 Au (~100 nm) 的薄層依次通過電子束蒸發到 Si 襯底上。一旦完成這些步驟，就應用標準的光刻圖案化工藝來獲得 IDT。 Au/Cr IDT 包含 8 個手指對，間距為 50 μm。在 WO3 沉積之前，製造的換能器在超聲處理下依次用丙酮和異丙醇清洗，並在氮氣 (N2) 流中乾燥。準備好後，將樣品附著在基板支架上並裝入沉積室。

WO3 納米棒沉積在可變角度射頻磁控濺射系統中。濺射靶材是一個 3 英寸的鎢圓盤，純度為 99.995% 。從目標到基板中心的距離和基板旋轉分別設置為 7 cm 和 30 rpm。基板法線與蒸汽入射通量（垂直軸）成 85°角。腔室通過旋轉和渦輪分子泵（Pfeiffer Inc.）抽真空，同時使用 Pirani 和 Penning 壓力表連續監測真空壓力至 5.6 × 10−6 mbar 的基礎壓力。然後將鎢靶在 99.999% 氬氣 (Ar) 和 99.999% 氧氣 (O2) 的混合物中以 9.6 和 11.0 sccm 的受控流速進行反應濺射。在 5.0 × 10-3 毫巴的濺射壓力下，以 200 W 的恆定射頻功率產生等離子體放電。通過改變濺射時間從 1/2 到 2 小時來改變薄膜厚度。在 1/2、1 和 2 小時沉積的樣品分別標記為 W1、W2 和 W3。然後將含有 WO3 基薄膜的製造樣品在空氣中在 450°C 下以 2°C/min 的升溫/降溫速度退火 2 小時。

 

總之，RF濺射納米三氧化鎢針對二氧化氮和乙醇的氣體傳感而製造，所生產的傳感器具有良好的基線穩定性、良好的重複性和高且快速的響應/靈敏度。傳感器暴露於還原性 (C2H5OH) 和氧化性 (NO2) 分析物。發現基於 WO3 納米棒的薄膜的乙醇響應隨著薄膜厚度的減小而增加，並且在 300°C 的優化工作溫度下，從最薄的傳感薄膜獲得 200 ppm 的 C2H5OH 的最大響應為 10。相反，隨著 WO3 納米棒薄膜厚度的增加，NO2 響應增強，並且最厚的薄膜在 150°C 的相對較低的優化操作溫度下表現出 1075（10 ppm NO2）的非常大的響應。