Humidity sensor based on Gallium Nitride for real time monitoring applications

材料科学 光电子学 湿度 氮化镓 电容 电极 纳米技术 图层(电子) 化学 物理 物理化学 热力学
作者
Chaudhry Muhammad Furqan,Muhammad Umair Khan,Muhammad Awais,Fulong Jiang,Jinho Bae,Arshad Hassan,Hoi Sing Kwok
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:40
标识
DOI:10.1038/s41598-021-89956-0
摘要

Abstract Gallium Nitride (GaN) remarkably shows high electron mobility, wide energy band gap, biocompatibility, and chemical stability. Wurtzite structure makes topmost Gallium atoms electropositive, hence high ligand binding ability especially to anions, making it usable as humidity sensor due to water self-ionization phenomenon. In this work, thin-film GaN based humidity sensor is fabricated through pulse modulated DC magnetron sputtering. Interdigitated electrodes (IDEs) with 100 μm width and spacing were inkjet printed on top of GaN sensing layer to further enhance sensor sensitivity. Impedance, capacitance, and current response were recorded for humidity and bio-sensing applications. The sensor shows approximate linear impedance response between 0 and 100% humidity range, the sensitivity of 8.53 nF/RH% and 79 kΩ/RH% for capacitance and impedance, and fast response (T res ) and recovery (T rec ) time of 3.5 s and 9 s, respectively. The sensor shows little hysteresis of < 3.53% with stable and wide variations for accurate measurements. Especially, it demonstrates temperature invariance for thermal stability. Experimental results demonstrate fabricated sensor effectively evaluates plant transpiration cycle through water level monitoring by direct attachment onto leaves without causing any damage as well as freshness level of meat loaf. These properties of the proposed sensor make it a suitable candidate for future electronics providing a low-cost platform for real time monitoring applications.

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