亜鉛ドープインジウム酸化インジウムナノワイヤの制御合成と強化ガスセンシング性能

インジウム酸化物（IN2O3）は、汚染ガスを検出するために広く使用されているN型半導体です。しかし、そのガスの選択性と感度は、以前の研究では次味的でした。この研究では、適切な形態と高い結晶性を備えた亜鉛ドープインジウム酸化インジウムナノワイヤを、化学蒸気堆積（CVD）を使用して合成しました。電気測定の正確な方法は、単一のナノワイヤマイクロデバイスを使用して達成され、亜鉛のドーピング後に電気抵抗率が増加したことが示されました。これは、アクセプターとして機能するドーパントのより低い価の原子価に起因し、電気伝導率の低下につながります。X線光電子分光法（XPS）分析は、適切な数の原子をドーピングするために酸素空孔の増加を確認し、ナノワイヤへの酸素吸着を変化させ、ガス検知性能の向上に貢献しました。一酸化炭素、アセトン、エタノールを含む還元ガスを使用して、検知性能を評価しました。全体として、ドープされたナノワイヤの反応は、低濃度（5 ppm）および低動作温度で非視線ナノワイヤの反応よりも高いことがわかった。300°Cでは、亜鉛ドープIn2O3ナノワイヤのガスセンシング応答は、2O3ナノワイヤの非視線のそれよりも13倍高かった。この研究では、In2O3ナノワイヤでの亜鉛ドーピング濃度が高いと、ドーピングおよびガス分子吸着の増加後に酸素空孔が増加することにより、ガスセンシング特性が改善されると結論付けています。ガスの還元に対するより良い反応により、亜鉛ドープIn2O3ナノワイヤは環境検出とライフサイエンスに適用されます。

Indium oxide (In2O3) is a widely used n-type semiconductor for detection of pollutant gases; however, its gas selectivity and sensitivity have been suboptimal in previous studies. In this work, zinc-doped indium oxide nanowires with appropriate morphologies and high crystallinity were synthesized using chemical vapor deposition (CVD). An accurate method for electrical measurement was attained using a single nanowire microdevice, showing that electrical resistivity increased after doping with zinc. This is attributed to the lower valence of the dopant, which acts as an acceptor, leading to the decrease in electrical conductivity. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis confirms the increased oxygen vacancies due to doping a suitable number of atoms, which altered oxygen adsorption on the nanowires and contributed to improved gas sensing performance. The sensing performance was evaluated using reducing gases, including carbon monoxide, acetone, and ethanol. Overall, the response of the doped nanowires was found to be higher than that of undoped nanowires at a low concentration (5 ppm) and low operating temperatures. At 300 °C, the gas sensing response of zinc-doped In2O3 nanowires was 13 times higher than that of undoped In2O3 nanowires. The study concludes that higher zinc doping concentration in In2O3 nanowires improves gas sensing properties by increasing oxygen vacancies after doping and enhancing gas molecule adsorption. With better response to reducing gases, zinc-doped In2O3 nanowires will be applicable in environmental detection and life science.