9
2.10. SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR
Sensor gas semikondutor adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakaan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium dan
Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor ini menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat solid state, bukannya bentuk hampa vacuum state atau
bentuk gas gaseous state. Bahan detektor yang digunakan adalah material Tin oksida SnO
2
. Sensor ini tidak mahal, kecil, sudah tersedia luas dan memiliki sensitifitas tinggi.
Mekanisme utama untuk reaksi gas dengan metal oksida terjadi pada temperatur tinggi yaitu 200
C – 600 C.
Mikrosensor kimia yaitu sensor yang dibuat dalam bentuk miniatur untuk penggantian alat penginderaan yang mahal,
menunjukkan penciptan teknologi analitik yang memiliki kemampuan dan mengkuantifiaksi zat kimia dalam waktu real termasuk penyediaan analisis online
dari perubahan tingkat atau kadar zat.
2.10.1 Prinsip Kerja Sensor Gas Semikonduktor
Sensor Gas Semikonduktor terdiri dari elemen sensor yang dilengkapi bahan pemanas, bahan elemen sensor yang terbuat dari oksida metal seperti :
SnO
2
, WO
3
, ZnO,RuO
2
, dll, sesuai gas yang disensor dan bahan pemanas yang berfungsi untuk memanaskan elemen. Struktur sensor ini dapat dilihat pada gambar
berikut :
Gambar 2.2. Struktur sensor gas semikonduktor
Universitas Sumatera Utara
10
Prinsip Kerja sensor semikonduktor, ketika bahan detektor seperti kristal SnO
2
dipanaskan pada temperatur tertentu, oksigen akan diserap pada permukaan kristal dan oksigen di udara akan terionisasi dan terikat pada SnO
2
dalam bentuk ion-ion negatif. Kemudian elektron donor pada permukaan kristal SnO
2
akan ditransfer ke oksigen penyerap, sehingga dihasilkan listrik . Didalam sensor, arus
listrik mengalir melewati daerah sambungan grain boundary dari kristal SnO
2
. Pada daerah sambungan penyerapan oksigen mencegah muatan untuk bergerak
bebas. Jika konsentrasi gas menurun, proses deoksidasi akan terjadi, kerapatan permukaan dan muatan negatif oksigen akan berkurang dan mengakibatkan
menurunnya ketinggian penghalang dari daerah sambungan, misalnya terdapat adanya gas CO
2
yang terdeteksi. Ilustrasi gambar ketika terjadi penyerapan gas O
2
oleh sensor, dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 2.3. Pembentukan tegangan barrier saat tanpa gas pereduksi
Persamaan reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut: ½
O
2
+ SnO
2 x
O
-
ad SnO
2x
CO
2
+ O
-
ad SnO
2x
CO
2
O + SnO
2x
= elektron bebas Dengan menurunnya penghalang maka resistansi sensor juga akan turut menurun.
Skema reaksi antara gas CO
2
dan oksigen penyerapan pada permukaan SnO
2
sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
11
Gambar 2.4 Penurunan tegangan barrier saat adanya gas pereduksi
Elektron
Daerah Sambungan eVs didalam gas pereduksi
Gas Pereduksi CO
2
Untuk mengukur karakteristik sensitivitas dari gas sensing, semua data diuji pada kondisi standar. Hubungan antara tahanan dalam sensor dengan konsentrasi gas
pereduksi dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : Rs
= A C
- α
dengan α = RsRo
R
s
= Resistansi Keluaran sensor dari berbagai konsentrasi gas. R
= Resistansi sensor dalam udara bersih A = Konstanta
C = Konsentrasi gas pereduksi α = Kemiringan dari kurva Rs rasio resistansi sensor R
s
R
2.10.2 Sensor Kimia Sensor kimia adalah alat yang mampu menangkap fenomena berupa zat
Kategori