I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   15 ,   N o .   3 ,  S e pt e m b e r   2 01 9 ,   pp .   1217 ~ 1222   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 5 .i 3 . pp121 7 - 1222             1217       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   R e v e r se   b i a sed n a n o c r y st a l l i n e   g r a p h i t e   ( N CG ) /p - S i   s c h o t t k y   j u n c t i o n   f o r   m e t h a n e   g a s s e n so r       A . A . N aw aw i 1 ,  S . M . S u l tan 2 ,  S . F . A . R ah m an 3 ,   P . I . K h al i d 4 ,   S . H . P u 5   1 , 2 , 3 , 4 S c h o o l   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   F a c ul t y   o f   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t i   T e k no l o g i   M a l a y s i a   ( U T M ) ,   M a l a y s i a   5 U ni v e r s i t y   o f   S o ut ha m pt o n  M a l a y s i a   C a m pus ,   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  D e c   25 ,   2018   R e v i s e d  M a r  28,   20 19   A c c e pt e d  A p r   22 ,   201 9       A n  i nv e s t i g a t i o n  o n  t h e   e f f e c t   o f   t he   r e v e r s e   bi a s e d  o pe r a t i o n  o f   N C G / p - S i   S c ho t t ky   c o nt a c t   dur i ng   m e t h a ne   g a s   e xpo s u r e   a t   r o o m   t e m pe r a t ur e   ha s   be e n  pr e s e n t e d .   T he   e xpe r i m e nt a l   r e s ul t s   s ho w   t he   l a r g e r   c ur r e n t   s h i f t   a t   t he   r e v e r s e   bi a s   o pe r a t i o n,   c o m pa r e d  t o   t he   f o r w a r d  bi a s   by   e xpo s i ng   t o   m e t ha ne   g a s .   T h i s   c a n  be   a t t r i bu t e d  t o   t he   a ds o r p t i o n  o f   m e t ha ne   g a s   i n t o   t he   m e t a l   s ur f a c e   l a y e r   a nd  pr o duc e s   a   n e g a t i v e   c ha r g e   a t   t he   j unc t i o n ,   t hu s   r e duc e s   t he   ba r r i e r   h e i g ht   o f   t he   de v i c e .   T h e   r e v e r s e   ba r r i e r   he i g ht   w a s   c a l c ul a t e d  u nde r   t he   r e v e r s e   bi a s   c o ndi t i o n,   d e m o ns t r a t e d  t he   v a l u e   de c r e a s e d  f r o m   0. 58 - 0. 53 e V   t o w a r ds   a   h i g he r   c o nc e nt r a t i o n  o f   m e t ha ne   g a s .   T he   S c ho t t ky   j unc t i o n  a l s o   a f f e c t e d  b y   t he   i nc r e a s e   i n  a   f r e e   c a r r i e r   w he n  e xpo s ur e   t o   t he   r e duc i ng   g a s   s uc h  a s   m e t ha ne .   R a m a n  s pe c t r a   a r e   r e po r t e d  t o   be   de t e c t e d  a t   G ,   D   a nd  2D   ba nd  w i t h  t he   g r a i n  s i z e   1. 8 8nm   t o   e xh i b i t   s i ng l e   c r y s t a l l i t e   g r a phi t e   pr o pe r t i e s .   T he   r e s ul t s   c o r r e l a t e   w e l l   w i t h  t h e   3D   A F M   s c a ns   r e v e a l   t he   R M S   s ur f a c e   r o ug hne s s   o f   1. 1  t o   2 . 8nm .   Ke y w or ds :   B a rr i e r  h e i g h t   M e t ha n e   N a n o c r y s t a l l i n e   g ra p h i t e   R e ve r s e   b i a s e d   S c h o t t ky   di o de   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   S uha n a   M o ha m e d   S ul t a n,     S c h o o l   of   E l e c t ri c a l   E ngi n e e ri n g ,   F a c ul t y   of   E n g i n e e ri n g,   U n i v e r s i t i   T e kn o l o gi   M a l a y s i a ,     81310  U T M   J o h o r   B a hru ,   M a l a y s i a .   E m a i l :   s u h a na s ul t a n@ u t m . m y       1.   I N TR O D U C TI O N     W i t h   t h e   de v e l o pm e n t   o f   n a n o f a b r i c a t i o n   t e c hn o l o g y   a n d  t h e   a dv e n t   o f   n a n o m a t e r i a l s ,     m a n y   n a n o s t r uc t u r e d  de v i c e s   b e e n   di r e c t e d  t o w a r d   t h e   de ve l o pm e n t   o f   ga s   s e n s o r   f a b r i c a t i o n   [1 - 4] .  H i s t o r i c a l l y ,   m e t a l   o xi de   s e m i c o n duc t o r   i s   p r e f e r r e d  due   t o  i t s   r e s po n s e   t ow a r ds   t a r ge t   g a s e s ,   c o n s e que n t l y   i n c r e a s e s   t h e   c o n duc t i v i t y   of   t h e   j un c t i o n   [5 - 8] .  H ow e ve r ,   i t   r e qu i r e s   hi g h   w o r ki n g  t e m pe ra t u r e   du ri n g  t h e   ga s   s e n s i ng  o pe r a t i o n.   R e c e n t   y e a r s ,   t h e   c a r b o n   na n o m a t e ri a l s   h a v e   s h o w n   t h e   u ni que   p r o pe r t i e s   i n   t e r m   o f  e l e c t r i c a l ,   m e c h a ni c a l   a nd  o pt i c a l   i n  t h e   a r e a   o f   ga s   s e n s i ng  t hus   r e pl a c i ng  t h e   o t h e r   w e l l - e s t a b l i s h e d   na n o m a t e ri a l s   [4 ,   9 - 12] .   M a n y   a ut h o r s   ha v e   r e ve a l e d  t h e   n a n o s t r uc t u r e d  S c h o t t ky   di o de   de m o n s t ra t e d  a   l o w e r   r e v e r s e   b r e a kdo w n   vo l t a ge   i n   I - V   c ha ra c t e ri s t i c s   [13 - 1 5] .  T hi s   i s   due   t o   t h e   g r a i n s   a nd  s h a rp  e dge s   of   t h e   na n o s t ruc t u r e d   s u r f a c e ,   w h i c h   p r o duc e   s t r o n g   l o c a l   e l e c t r i c   f i e l ds .   T h e   i n duc e d  l o c a l   e l e c t r i c   f i e l ds   a t   t h e   s h a rp  e dge   o f   n a n o s t r uc t u r e s   a t   t h e   i n t e r f a c e   a r e   a   f un c t i o n   o f   r e v e r s e   b i a s   vo l t a ge   f o r   a   S c h o t t ky   di o de .   E xpe r i m e nt a l l y ,   S i ng h   e t   a l .   [10]   o b s e r v e d  t h i s   p h e n o m e n o n   w i t h   G ra p h e n e / S i l i c o n   S c h o t t ky   D i o de .     T h e   de v i c e   e xh i b i t e d   a   h i g h  r e v e r s e   b i a s   de pe n de n t   ga s   de t e c t i o n   s e n s i t i v i t y ,   w h i c h   e n a b l e s   m o l e c ul a r  a ds o r pt i o n  o n  i t s   s u r f a c e   t o   a l t e r  t h e   g r a p h e n e / S i   i n t e r f a c e   b a rri e r  h e i g ht .   H e r e i n ,   t h e   S c h o t t ky   di o de   b a s e d  de v i c e s   us i n g  p - S i   a s   a   s ub s t r a t e   w i t h   na n o c r y s t a l l i n e   g ra p h i t e   (N CG )  a r e   de m o n s t r a t e d  fo r   t h e   a ppl i c a t i o n   o f   m e t h a n e   ga s   s e n s i n g  a t   r o o m   t e m pe ra t u r e .   M e t h a n e   ga s e s   a r e   ha r m f ul   t o   t h e   e n v i r o nm e n t   e s pe c i a l l y   t ow a r ds   hum a n   h e a l t h,   i f   ov e r e xpo s ur e   t a ke s   pl a c e   [11] .   R e v i e w s   h a v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   3 ,  S e pt e m b e r   2 019   :     12 17   -   12 22   1218   s h o w n   t ha t   c a r b o n - b a s e d  n a n o m a t e r i a l s   a r e   a   c o n v e n i e n t   m a t e r i a l   a t   r o o m   t e m pe ra t u r e   s e n s i ng  a pp l i c a t i o n s   [4 ,  1 2] .   N CG   ha s   b e e n   de s c r i b e d  i n   v a r i o us   s t r uc t u ra l   f o r m s   w i t h  h i g h  s u r f a c e   t o   vo l um e   ra t i o s   w h i c h   r e s ul t   i n   go o d   c a pa b i l i t i e s   fo r   ga s   de t e c t i o n   [13] .   T h e   r e s po n s e   of   t h e   de v i c e   t ow a r ds   di f fe r e n t   c o n c e n t ra t i o n   o f  m e t h a n e   ga s   w a s   i n v e s t i ga t e d  by   m o n i t o ri n g  t h e   c ha n ge s   of   I - V   c h a ra c t e ri s t i c s .   T h e   s e n s o r   de v i c e   e xh i b i t s   a   d y n a m i c   r e s po n s e   upo n   e xpo s ur e   w i t h   t a r ge t   g a s   w h i c h   i s   v e r i f i e d  by   t h e   c urr e nt   s h i f t   o f   t h e   r e v e r s e   b i a s   i n    I - V   c ha ra c t e ri s t i c s .       2.   R ES EA R C H   M ET H O D   T h e   N CG / p - S i   a r e   f a b r i c a t e d  b a s e d  o n   pr e v i o us   w o r k  [20,   2 1] .   T h e   6 - i n c h   o f   a   p - t y pe   s i l i c o n   w a f e r   w i t h   a   r e s i s t i v i t y   of   19 - 21  Ω . c m   ha s   b e e n   ut i l i z e d  f o r   t hi s   w o r k.   T h e   c l e a n i n g  p r o c e s s   of   w a f e r   s t a rt e d  w i t h  us i n g  f um i n g  n i t r i c   a c i d  t o   e l i m i na t e   o r ga ni c   i m pu ri t i e s   f o r   1 0  m i n u t e s .   A   l a y e r   of   a   S i O 2   t hi c k n e s s   of  200  n m   w a s   d e po s i t e d  us i n g  P l a s m a - e nha n c e d  Ch e m i c a l   V a po r  D e p o s i t i o n   a t   350° C,   t h e n   pa t t e rn e d  us i n g  ph o t o l i t h o g ra p h y   a n d  R e a c t i v e   I o n   E t c h i n g .   S ub s e que n t l y ,   N CG   f i l m   w i t h   9 nm - t h i c k n e s s   w a s   de p o s i t e d  o n t o   t h e   pa t t e rn e d  w a f e r   by   us i n g  a   P E CV D   p r o c e s s .   T h e   f a b r i c a t i o n   p r o c e s s   f l ow   of   N CG / p - S i   is   de s c r i b e d  i n  F i gu r e   1.   A f t e r   t h e   f a b r i c a t i o n   o f   t h e   de v i c e s ,   t h e   n a n o s t r uc t u r e d  m a t e r i a l   f i l m s   w e r e   c h a r a c t e r i z e d  b y   a ppl y i n g   s e ve r a l   t e c hni qu e s   s uc h   a s   F i e l d  E nha n c e d  S c a nni ng  E l e c t r o n  M i c r o s c o p y   (F E S E M ),   A t o m i c   F o r c e   M i c r o s c o p y   (A F M ),   a nd  R a m a n   s pe c t r o s c o p y .   T h e   m a t e ri a l s   c ha ra c t e ri z a t i o n s   r e s ul t s   w i l l   be   pr e s e n t e d    i n   de t a i l .                         F i gu r e   1 .   T h e   p r o c e s s i n g  s t e ps   o f   t h e   N CG / p - S i   f a b r i c a t i o n,   ( a )Cl e a ni n g   p r o c e s s   of   t h e   s ub s t ra t e ,   (b )D e p o s i t i o n   o f   200 n m   S i O 2   o n  p - S i   us i n g   P E CV D ,   (c )S pi n  c o a t i n g   t h e   po s i t i v e   ph o t o r e s i s t ,   ( d)  M a s k  a l i g n m e n t   a nd  e xpo s u r e   t o   t h e   U V   l i g ht ,   (e )D e v e l o p  t h e   pa t t e rn,   e t c hi n g  t h e   u n c o v e r e d  S i O 2   us i n g   R IE ,   (f )D e p o s i t i o n   o f   N CG   us i n g   P E CV D   p r o c e s s       S i O 2   P h o t o r e s i s t   p - Si   P h o t o r e s i s t   M as k   NCG   (a )   (b )   (c )   (d)   (e )   (f )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       R e v e r s e   bi as e d   nano c r y s t a l l i ne   gr aph i t e   ( NCG ) / p - Si   s c h ot t k y   j un c t i on   f or   m e t hane   gas   s e ns or   ( A . A . Naw a w )   1219   3.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S     3. 1 .       M at e r i al   c h a r a c te r i z ati o n   F i gu r e   2  s h o w s   t h e   A F M   s c a n  o f   t h e   t hr e e   di m e n s i o n a l   (3 D )  s u r f a c e   m o r p h o l o g y   N CG   t h i n  f i l m s   de po s i t e d  o n   S i O 2 /p - S i   s ub s t r a t e s .   T h e   s ur f a c e   of   N CG   t h i n   f i l m   i s   c o m pos e d  of   h a v i n g  r o o t - m e a n - s qu a r e   (R M S )   s ur f a c e   r o ughn e s s   o f   a pp r o xi m a t e l y   1. 1  t o   2. 8 nm ,   w hi c h   i s   b e l i e v e d  t o   h a v e   a   s i g n i f i c a nt   e f fe c t   on   ga s   i n t e r a c t i o n .   T h e   N CG   f i l m   w a s   e xa m i n e d  us i ng  F E S E M   a t   70k  m a g ni f i c a t i o n s   i n   F i gu r e   3  t o   ob t a i n   t h e   s ur f a c e   i m a ge s   w h i c h   r e v e a l   a   goo d  a gr e e m e n t   w i t h   o t h e r   c o m pa ra b l e   f i l m s   t o   i n d i c a t e   t h e   na no - gra p hi t i c   c r y s t a l l i t e s   [15,   1 6] .   R a m a n   s pe c t rum   r e v e a l s   t h e   e xi s t e n c e   of   t h e   G   b a n d  (1596  c m - 1 )  a n d  D   b a n d     (1353  c m - 1 )  i n  F i gu r e   4,   a s s i g n e d  t o   t h e   s ha r p  g r a p hi t i c   a n d   a m o rp h o us   c a r b o n ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   r a t i o   o f     (4. 13   a . u )   a n d   (9. 6 6  a . u)   pe a ks ,   gi v e s   a n  i n di c a t i o n   o f   t h e   g ra i n  s i z e ,     us i ng   (1)   w h i c h  y i e l ds   a   v a l ue   o f  1. 88 nm   f o r   t h i s   f i l m   [17 ] .     = 4 . 4  ( )   (1)     w h e r e     a n d     i s   t h e   i nt e n s i t y   a t   t h e   G   a nd  D   b a nd,   r e s pe c t i v e l y .           F i gu r e   2 .   A F M   3D   i m a ge s   o f   as - de po s i t e d  N CG   t h i n  f i l m s   o n  S i O 2 /p - Si       F i gu r e   3 .   F E S E M   i m a ge   o f   a   N CG   t hi n  f i l m   70K   m a g ni f i c a t i o n   w i t h  f i e l d  e m i s s i o n   gu n  a t   10 kV   a n d  a   w o r ki n g   di s t a n c e   o f   15. 7m m           F i gu r e   4 .   A   R a m a n  s pe c t r u m   o f   t h e   de po s i t e d  N CG   o n   a   p - S i   s ub s t ra t e       3. 2 .     El e c t r i c a l   a n d   G as   S e n s i n g   C h ar a c te r i z at i o n   F i gu r e   5  s h o w s   t h e   I – V   c h a r a c t e r i s t i c s   of   t h e   de v i c e   i n   a m b i e n t   a i r   w i t h   v a ri o us   c o n c e n t ra t i o n s   of  m e t h a n e ,   CH 4   (25% ,   50% ,   75 %  a nd  100 %)  a t   r o o m   t e m pe ra t u r e .   I n   t h e   r e v e r s e   b i a s ,   t h e   f a b r i c a t e d  s e n s o r  e xh i b i t s   a   l a t e ra l   c u rr e n t   s h i f t ,   m e a n w h i l e ,   t h e   f o r w a r d  b i a s   o pe r a t i o n   r e m a i n s   s i m i l a r   t o   a l l   e xpo s ur e   o f   C H 4   ga s .   T h i s   r e s ul t   i s   a l m o s t   i de n t i c a l   t o   t h e   f i n di ng  r e p o r t e d  b y   S h a f i e i   e t   a l .   [ 13] ,  w h i c h   h a s   t h e   s a m e   r e v e r s e   b i a s   o pe r a t i o n  f o r   S c h o t t ky   di o de   ga s   s e n s i ng .  U s i n g   m e t a l - s e m i c o n duc t o r  t h e o r y ,   t h e   S c h o t t ky   I – V  c h a ra c t e ri s t i c s   i n  t h e   f o r w a r d   a nd  r e v e r s e   o pe r a t i o n s   a r e   gi v e n  by   ( 2)  a nd  (3 )  [2 4] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   3 ,  S e pt e m b e r   2 019   :     12 17   -   12 22   1220     =  ∗ 2 ( − ∅  )   (   )     f o r     > 3  ⁄     (2)       = ∗ 2 ( − ( ∅ ( )   − √ 4 ⁄ )  )   f o r     > 3  ⁄   (4)     w h e r e       i s   t h e   f o r w a r d   c u rr e nt ,     i s   t h e   r e v e r s e   c u rr e nt ,     i s   t h e   S c h o t t ky   c o n t a c t   a r e a ,   ∗   i s   t h e   e f fe c t i ve   R i c h a r ds o n  c o n s t a n t ,   T   i s   t h e   a b s o l ut e   t e m pe ra t u r e ,     i s   t h e   c ha r ge   c o n s t a nt ,   η   i s   t h e   i de a l i t y   f a c t o r ,     i s   t h e   fo r w a r d   b i a s   v o l t a ge ,   ∅   i s   t h e   b a rri e r  h e i g ht ,     i s   t h e   e l e c t r i c   pe rm i t t i v i t y   o f   S i O 2 ,   k   i s   t h e   B o l t z m a nn  c o n s t a n t   a n d    i s   t h e   e l e c t ri c   f i e l d  a t   t h e   i n t e r f a c e   of   m e t a l / s e m i c o n duc t o r.     i s   a   f un c t i o n   o f   t h e   r e v e r s e   b i a s   v o l t a ge       w hi c h  i s   e xp r e s s e d  by   (4)  [8] ,     = √ 2 ( | | +  −  )   (4)     w h e r e      i s   t h e   b ui l t - i n  v o l t a ge   a n d    i s   t h e   n um b e r   o f   do pa nt   i n   t h e   s i l i c o n   s ub s t ra t e .   T h e   c h a n ge s   i n  r e v e r s e   b a rri e r   h e i g h t ,   ∅ (  )   o f   t h e   s e n s o r  c a n  b e   c a l c ul a t e d  b y   c o m b i n i ng   (3)   a nd  (4).   A s s u m i n g   t h e   do m i n a t i o n s   o f     > 5V   o v e r   t h e   S c h o t t ky   b a rr i e r ,   t hus   ≫  − (kT / q)  [ 19] .     l (  ∗ 2 )   = −   ∅ ( )    +   | | 1 4 ⁄   (5)     w h e r e ,     = ( 3 8 2 ) 1 4 ⁄   (6)     By   pl o t t i n g   l ( /  ∗ 2 )   v e r s us   | | 1 4 ⁄   i n  F i gu r e   6,   t h e   v a l ue   o f   ∅ (  )   c a n  b e   fo un d  b y   e xt r a c t i n g   t h e   y - i n t e r c e pt   o f   t h i s   pl o t .   T h e   v a l ue   o f   ∅ (  )   r a nge s   f r o m   0 . 58 - 0. 5 3   e V   upo n  e xpo s ur e   t o   a   v a ri o us   c o n c e n t r a t i o n  o f   CH 4  as   r e pr e s e nt e d  i n  T a b l e   1 .           F i gu r e   5 .   P l o t s   o f   I - V   c h a ra c t e ri s t i c   o f   N CG / p - S i   S c h o t t ky   j un c t i o n  b a s e d  s e n s o r   m e a s u r e d  a t   a i r  a m b i e nt   a n d   t o w a r ds   25% ,   5 0% ,   75 %  a n d   100 %  m e t h a n e   c o n c e n t ra t i o n   a t   r o o m   t e m pe r a t u r e       F i gu r e   6 .   P l o t s   o f   ln ( I R / SA ∗ T 2 )   v e r s us   | V R | 1 4 ⁄   of  N CG / p - S i   S c h o t t ky   j un c t i o n   b a s e d  s e n s o r  m e a s u r e d  a t   0%,   25% ,   50% ,   7 5%  a n d   100 %  m e t ha n e   c o n c e n t ra t i o n  a t   r o o m   t e m pe r a t u r e       T a b l e   1 .  T h e   r e v e r s e   B a rri e r  H e i gh t ,  ∅ (  )   o f   N CG / p - S i   S c h o t t ky   J un c t i o n   w i t h    V a r i o us   Co n c e nt r a t i o n s   o f   CH 4   a t   R oo m   T e m pe r a t u r e   CH 4   (% )   ∅ ( ) (e V )   a i r  a m b i e n t   0 . 5 8   25   0 . 5 6   50   0 . 5 6   75   0 . 5 4   100   0 . 5 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       R e v e r s e   bi as e d   nano c r y s t a l l i ne   gr aph i t e   ( NCG ) / p - Si   s c h ot t k y   j un c t i on   f or   m e t hane   gas   s e ns or   ( A . A . Naw a w )   1221   T a b l e   1   i n d i c a t e s   t h e   r e duc t i o n   o f   r e v e r s e   b a r ri e r  h e i g h t   w h e n   t h e   de v i c e   e xpo s e d  t o   a   h i g h e r  c o n c e n t r a t i o n   o f   CH 4   ga s .   T h i s   p h e n o m e n o n   i n d i c a t e s   t h e   a ds o r pt i o n   a n d  de s o r pt i o n   o f   ga s e o us   m o l e c ul e s   i n t o   t h e   s u r f a c e   of   t h e   t h i n   f i l m   w i l l   i n f l ue n c e   t h e   e l e c t r i c a l   pr o pe rt i e s   o f   t h e   de v i c e s .   It   w a s   f o un d  t h a t   t h e   o x y g e n   i o n s   a l r e a dy   e xi s t   a t   t h e   g ra i n   b o un d a r i e s   due   t o   t h e   r e a c t i o n   w i t h   O xy ge n   m o l e c ul e s   f r o m   t h e   s urr o u n di ngs   o f   t h e   m e t a l   s u r f a c e .   D uri n g  t h e   r e a c t i o n,   CH 4  unde r go e s   di s s oc i a t i v e   a ds o r pt i o n   a n d   c o n s e que n t l y   y i e l di n g  CH 3   o r  H   o n   t h e   m e t a l   s u r f a c e .   S ub s e qu e n t l y ,   t h e s e   s pe c i e s   w i l l   r e a c t   w i t h   t h e   c h e m i s o r b e d   i o n i c   o x y ge n ,   w h i c h   r e s ul t i n g  a ddi t i o na l   n e ga t i v e   c h a r ge   c a rri e r s   t o   t h e   gra i n   b o un d a r i e s   a n d   i n c r e a s e s   t h e   c urr e nt   t hr o ug h   t h e   j u n c t i o n  [1] .        4.   C O N C LU S I O N   In  t hi s   pa pe r,   t h e   I - V   c h a ra c t e ri s t i c   o f   t h e   N CG / p - S i   w e r e   e xa m i n e d  u n de r   di f f e r e n t   m e t ha n e   g a s   c o n c e n t r a t i o n   a t   r o o m   t e m pe r a t u r e .   T h e   r e s po n s e   of   t h e   de v i c e   t ow a r ds   m e t h a n e   ga s   s h o w n   i n   t h e   r e v e r s e   b i a s   w h e r e   t h e   l a r ge   c u r r e n t   s hi f t   p r o duc e d  by   t h e   de v i c e .   T h e   v a l ue   o f   ∅ (  )   e xt r a c t e d  f r o m   t h e   pl o t   of   l (  ∗ 2 ⁄ )   = −   ∅ (  )  ⁄ + (   ⁄ ) | | 1 4 ⁄ ,   s h o w s   t h e   r e duc t i o n   o f   ∅ (  )   w h e n  e xpo s e d  t o   a   hi g h e r   c o n c e n t ra t i o n   o f   C H 4  ga s .   CH 4  ga s   a ds o r b e d   a t   t he   m e t a l   s u r f a c e   t h us   ge n e ra t e s   n e ga t i v e   c h a r ge   c a rri e r s   t ha t   i n c r e a s e s   t h e   r e v e r s e   c u rr e nt   de n s i t y .         A C K N O WL ED G E M EN TS   T h e   a ut h o r s   g ra t e f ul l y   a c kn ow l e dge d  t o   t h e   R e s e a r c h   U n i v e r s i t y   gr a nt   G U P   T i e r   1,   vot   n o .   1 4H 63   a n d  G U P   T i e r  1 ,   v o t   n o .   1 9H 33  f o r   t h e   f i n a n c i a l   s po n s o r ,   a n d   w o ul d  l i ke   t o   t ha n k   t h e   S o ut ha m p t o n  N a n o f a b r i c a t i o n  Ce n t r e   a n d   M IM O S   B e rha d  f o r   t h e   c o l l a b o r a t i v e   w o r k .   A l s o   t h a nks   t o   t h e   U n i v e r s i t i   T e kn o l o gi   M a l a y s i a   (U T M )  f o r   p r o v i di n g   a n  e xc e l l e nt   r e s e a rc h   e n v i r o nm e nt   i n   w h i c h   t o   c o m pl e t e   t h i s   w o r k.       R EF ER EN C ES   [ 1]   S .   B a s u  a nd  P .   K .   B a s u ,   “ N a no c r y s t a l l i n e   m e t a l   o xi de s   f o r   m e t h a ne   s e ns o r s :   R o l e   of   n o bl e   m e t a l s , ”   J .   Se ns o r s ,    v o l .   2009 ,   pp .   81 – 8 8,   20 09 .   [ 2]   R .   B o g ue ,   “ N a no m a t e r i a l s   f o r   g a s   s e ns i ng :   a   r e v i e w   o f   r e c e n t   r e s e a r c h, ”   Se ns or .   R e v i e w ,   v o l .   34 ,   pp .   1 – 8 ,   2014 .   [ 3]   G .   J i m é ne z - C a de na ,   J .   R i u ,   a nd  F .   X .   R i us ,   “ G a s   s e n s o r s   ba s e d  o n  na no s t r uc t u r e d  m a t e r i a l s . , ”   A na l y s t ,   v o l .   132,     no .   11 ,   pp .   1083 – 109 9,   20 07.   [ 4]   H .   E l ha e s ,   A .   F a khr y ,   a nd  M .   I br a hi m ,   “ C a r bo n  na no   m a t e r i a l s   a s   g a s   s e ns o r s , ”   M at e r .   T oda y   P r oc . ,   v o l .   3,   no .   6,   pp.   24 83 – 2 492 ,   2016 .   [ 5]   W .   H .   K ho o   a nd  S .   M .   S u l t a n ,   “ A   s t udy   o n  t he   g a s   s e ns i ng   e f f e c t   o n  c ur r e n t - v o l t a g e   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   Z nO   na no s t r uc t u r e s , ”   I E E E   I n t .   C on f .   Se m i c on d.   E l e c t r o n.   P r oc e e di ng s ,   I C SE ,   v o l .   1,   pp .   221 – 224 ,   201 4 .     [ 6]   D .   K o hl ,   “ F unc t i o n  a nd   a pp l i c a t i o ns   o f   g a s   s e n s o r s , ”   J .   P hy s .   D .   A p pl .   P hy s . ,   v o l .   34 ,   no .   19 ,   pp .   125 – 149 ,   2001 .   [ 7]   P .   S ha nka r ,   J .   B o s c o ,   a nd  B .   R a y a ppa n,   “ G a s   s e ns i ng   m e c ha ni s m   o f   m e t a l   o xi de s   :   T he   r o l e   o f   a m bi e nt   a t m o s phe r e   t y pe   o f   s e m i c o nduc t o r   a nd   g a s e s   -   A   r e v i e w   S c i e nc e J e t , ”   S c i e nc e   L e t t e r s   J our n al ,   v o l .   4 ,   pp .   1 26 ,   2 015 .   [ 8]   G .   F .   F i ne ,   L .   M .   C a v a na g h,   A .   A f o nj a ,   a nd  R .   B i n i o ns ,   “ M e t a l   o xi de   s e m i - c o nduc t o r   g a s   s e ns o r s   i n  e nv i r o nm e nt a l   m o ni t o r i ng , ”   Se ns or s ,   v o l .   10 ,   no .   6,   pp .   546 9 – 55 02 ,   2 010 .   [ 9]   S .   J .   F i s hl o c k,   D .   G r e c h,   J .   W .   M c B r i d e ,   H .   M .   H .   C ho ng ,   a nd  S .   H .   P u,   “ M e c ha ni c a l   c ha r a c t e r i s a t i o n  of   na no c r y s t a l l i ne   g r a ph i t e   us i ng   m i c r o m e c ha ni c a l   s t r uc t u r e s , ”   M i c r oe l e c t r on.   E n g. ,   v o l .   15 9,   pp .   184 – 189 ,   201 6.   [ 10]   G .   C h i m o w a   e t   al . ,   “ I m pr ov i ng   m e t ha n e   g a s   s e ns i ng   pr o pe r t i e s   o f   m ul t i - w a l l e d  c a r bo n  na no t ube s   by   v a na di um   o xi de   f i l l i ng , ”   Se ns or s   A c t uat or s ,   v o l .   2 47,   p p.   11 – 18 ,   2017 .   [ 11]   Q .   W a ng   a nd  B .   A r a s h ,   “ A   r e v i e w   o n  a ppl i c a t i o ns   o f   c a r bo n  na no t ube s   a nd  g r a ph e ne s   a s   n a no - r e s o na t o r   s e ns o r s , ”   C om put .   M at e r .   S c i . ,   v o l .   82 ,   pp.   3 50 – 3 60,   2 014 .   [ 12]   C .   I .   L .   J us t i no ,   A .   R .   G o m e s ,   A .   C .   F r e i t a s ,   A .   C .   D ua r t e ,   a n d  T .   A .   P .   R o c ha - S a nt o s ,   “ G r a p he n e   b a s e d  s e ns o r s   a n d  bi o s e n s o r s , ”   T r A C   -   T r e nd s   i n   A na l y t i c a l   C he m i s t r y ,   v o l .   91 ,   pp .   5 3 - 66,   2017 .   [ 13]   M .   S ha f i e i   e t   a l . ,   “ R e v e r s e d  bi a s   P t / na no s t r uc t u r e d   Z nO   S c ho t t ky   di o de   w i t h  e nha nc e d  e l e c t r i c   f i e l d  f o r   hy dr og e n   s e ns i ng , ”   Se ns or s   A c t u at o r s ,   B   C he m . ,   v o l .   1 46,   no .   2 ,   pp.   5 07 – 5 12,   201 0.   [ 14]   J .   Y u ,   S .   J .   I ppo l i t o ,   M .   S h a f i e i ,   D .   D h a w a n ,   W .   W l o da r s ki ,   a nd   K .   K a l a nt a r - Z a de h ,   “ R e v e r s e   b i a s e d   P t / na no s t r uc t u r e d  M o O 3 / S i C   S c ho t t ky   di o de   ba s e d  hy dr og e n  g a s   s e n s o r s , ”   A pp l .   P hy s .   L e t t . ,   v o l .   94,   no .   1 ,     pp.   20 07 – 2 010 ,   2009 .   [ 15]   J .   Y u ,   S .   J .   I ppo l i t o ,   W .   W l o da r s k i ,   M .   S t r a no ,   a nd  K .   K a l a n t a r - Z a de h,   “ N a no r o d  ba s e d  S c ho t t ky   c o nt a c t   g a s   s e ns o r s   i n   r e v e r s e d  bi a s   c o ndi t i o n , ”   N ano t e c hno l og y ,   v o l .   21 ,   no .   26 ,   pp.   1 - 8 ,   2010 .   [ 16]   A .   S i ng h,   T .   S uda r s h a n ,   a nd  G .   K o l e y ,   “ T una bl e   R e v e r s e - B i a s e d  G r a phe n e   /   S i l i c o n  H e t e r o j unc t i o n  S c ho t t ky   D i o de   S e ns o r , ”   N ano   M i c r o   Sm a l l   J our na l . ,   v o l .   10 ,   no .   8 ,   pp .   155 5 – 15 65 ,   201 4.   [ 17]   L .   E .   M i t c he l l ,   E .   J .   B r o o k,   T .   S o w e r s ,   J .   R .   M c C o nne l l ,   a nd  K .   T a y l o r ,   “ M ul t i de c a da l   v a r i a bi l i t y   o f   a t m o s phe r i c   m e t ha ne ,   1000 - 18 00  C . E . , ”   J .   G e ophy s .   R e s .   B i oge os c i e nc e s ,   v o l .   1 16,   no .   2,   p p.   1 – 16,   2 011 .   [ 18]   E .   L l o be t ,   “ G a s   s e ns o r s   us i ng   c a r bo n  na no m a t e r i a l s :   A   r e v i e w , ”   Se ns or s   A c t ua t or s ,   B   C he m . ,   v o l .   179 ,     pp.   32 – 45 ,   2013 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   3 ,  S e pt e m b e r   2 019   :     12 17   -   12 22   1222   [ 19]   M .   V .   S .   C ha ndr a s h e kh a r ,   J .   L u,   M .   G .   S pe nc e r ,   M .   Q a z i ,   a nd  G .   K o l e y ,   “ L a r g e   a r e a   na no c r y s t a l l i n e   g r a ph i t e   f i l m s   o n  S i C   f o r   g a s   s e ns i ng   a pp l i c a t i o ns , ”   P r oc .   I E E E   Se ns or s ,   v o l .   12,   p p.   558 – 561 ,   200 7.   [ 20]   S .   M .   S u l t a n ,   S .   H .   P u ,   S .   J .   F i s h l o c k,   L .   H .   W a h ,   a nd  S .   M e m be r ,   “ E l e c t r i c a l   be ha v i o r   o f   N a no c r y s t a l l i n e   g r a p hi t e   /   p - S i   S c ho t t ky   D i o de , ”   I E E E   16 t h   I nt .   C onf .   N an ot e c hn ol . ,   no .   A ug u s t   22 - 25 ,   pp .   3 07 – 3 10 ,   2 016 .   [ 21]   A .   A .   N a w a w i ,   S .   M .   S ul t a n ,   S .   F .   A .   R a hm a n,   S .   H .   P u,   J .   W .   M c B r i d e ,   a n d  L .   H .   W a h,   “ A   s t udy   o f   di f f e r e nt   e xt r a c t i o n  t e c hni q ue s   o f   na no c r y s t a l l i ne   g r a p hi t e   ( N C G ) / p - t y pe   s i l i c o n  s c ho t t k y   di o de   pa r a m e t e r s , ”   P r oc .   201 7   I E E E   R e g.   Sy m p .   M i c r o  N anoe l e c t r on .   R S M   2017 ,   no .   14,   p p.   11 9 – 122 ,   2 017 .   [ 22]   H .   M e d i n a   e t   al . ,   “ M e t a l - f r e e   g r o w t h  of   na nog r a phe n e   o n  s i l i c o n  o xi de s   f o r   t r a n s pa r e n t   c o nduc t i ng   a ppl i c a t i o ns , ”   A dv .   F unc t .   M at e r . ,   v o l .   22,   no .   10 ,   pp .   2123 – 212 8,   20 12 .   [ 23]   A .   C .   F e r r a r i ,   “ R a m a n  s pe c t r o s c o p y   o f   g r a phe ne   a n d  g r a phi t e   :   D i s o r de r ,   e l e c t r o n  –   pho no n  c o upl i ng ,   do pi ng   a nd  no na di a ba t i c   e f f e c t s , ”   So l i d  St a t e   C om m u ni c at i on s ,   v o l .   143 ,   pp .   4 7 – 57,   2 007 .   [ 24]   S .   M .   S z e   a nd  K w o k  K .   N g ,   “ P hy s i c s   of   S e m i c o nduc t o r   D e v i c e s   3r d  E di t i o n , ”  J ohn  W i l e y   &   Sons ,   I n c . ,   H obo k e n,   N e w   J e r s e y ,   2007 .   [ 25]   J .   S .   H .   E l ha di dy ,   “ S y m m e t r i c a l   c ur r e nt   –   v o l t a g e   c ha r a c t e r i s t i c   of   a   m e t a l   –   s e m i c o nduc t o r   –   m e t a l   s t r uc t u r e   o f   S c ho t t ky   c o nt a c t s   a nd  pa r a m e t e r   r e t r i e v a l   o f   a   C dT e   s t r uc t ur e , ”   Se m i c onduc t o r   Sc i e nc e   and  T e c hnol o gy ,   I O P   P ubl i s h i n g ,   v o l .   2 7,   pp .   1 – 6 ,   201 5.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.