High‐Performance, Transparent Thin Film Hydrogen Gas Sensor Using 2D Electron Gas at Interface of Oxide Thin Film Heterostructure Grown by Atomic Layer Deposition

材料科学 异质结 薄膜 原子层沉积 光电子学 脉冲激光沉积 基质(水族馆) 沉积(地质) 氧化物 纳米技术 古生物学 海洋学 沉积物 地质学 冶金 生物
作者
Sung Min Kim,Hye Ju Kim,Hae Jun Jung,Ji‐Yong Park,Tae Jun Seok,Yong‐Ho Choa,Tae Joo Park,Sang Woon Lee
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (7) 被引量:107
标识
DOI:10.1002/adfm.201807760
摘要

Abstract A high‐performance, transparent, and extremely thin (<15 nm) hydrogen (H 2 ) gas sensor is developed using 2D electron gas (2DEG) at the interface of an Al 2 O 3 /TiO 2 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 Al 2 O 3 /TiO 2 thin film heterostructure to detect H 2 . 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 Al 2 O 3 /TiO 2 thin film heterostructure can be tailored using ALD process temperature in contrast to 2DEG at the epitaxial interfaces of the oxide heterostructures such as LaAlO 3 /SrTiO 3 . This tunability provides the optimal electron density for H 2 detection. The Pd/Al 2 O 3 /TiO 2 sensor detects H 2 gas quickly with a short response time of <30 s at 300 K which outperforms conventional H 2 gas sensors, indicating that heating modules are not required for the rapid detection of H 2 . 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.
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