Sensitivity Study of Spin-Coated Metal Oxides Thin Films for Extended Gate Field-Effect Transistor (EGFET) pH Sensor

Nur Syahirah Kamarozaman; Nurbaya Zainal; Muhammad Alhadi Zulkefle; Rohanieza Abdul Rahman; Aimi Bazilah Rosli; Sukreen Hana Herman; Zurita Zulkifli

doi:https://doi.org/10.1007/s42341-024-00522-7

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저자정보: Nur Syahirah Kamarozaman (Universiti Teknologi MARA (UiTM)) Nurbaya Zainal (Universiti Teknologi MARA (UiTM)) Muhammad Alhadi Zulkefle (Universiti Teknologi MARA (UiTM)) Rohanieza Abdul Rahman (Universiti Teknologi MARA (UiTM)) Aimi Bazilah Rosli (Universiti Teknologi MARA (UiTM)) Sukreen Hana Herman (Universiti Teknologi MARA (UiTM)) Zurita Zulkifli (Universiti Teknologi MARA (UiTM))

저널정보: 한국전기전자재료학회 Transactions on Electrical and Electronic Materials Transactions on Electrical and Electronic Materials Vol.25 No.4

발행연도: 2024.8

수록면: 411 - 421 (11page)

DOI: https://doi.org/10.1007/s42341-024-00522-7

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Increasing demand for accurate, reliable and highly sensitive pH sensors has led researchers to explore various materials for this reason. Metal oxide (MOx) pH sensors have received considerable attention due to their high degree of accuracy and great sensitivity to hydrogen ions. Additionally, this MOx pH sensor overcomes the shortcomings of the glass electrode. Thus, a comparative experimental study on various metal oxides (MOx) of TiO 2 , ZnO, CuO, and NiO thin films as sensing electrodes for extended-gate field effect transistor (EGFET)-pH sensor was carried out via a facile sol–gel spin-coating method. Here, the thin films were tested as pH sensors in pH 2, 4, 7, 10 and 12 and hysteresis stability for 25 min in pH 7 → 4 → 7 → 10 → 7. The pH measurements were repeated several times to confi rm the sensitivity behaviour. The surface morphology and surface roughness of the films were characterized using field emission scanning electron microscopy (FESEM) and atomic force microscopy (AFM), respectively. The TiO 2 thin films showed the highest sensitivity (53.4 mV/pH, R 2 = 0.992) and lowest hysteresis value (1 mV) compared to the other sensing electrodes. Moreover, the thin film showed drift rates of 6.74, 3.52 and 41.18 mV/h for pH 10, 7 and 4. The experimental findings suggested that both surface morphology and surface roughness affect the sensitivity performance of these devices since a smooth surface morphology and low roughness value were observed for TiO 2 thin films. Besides, the basic mechanism of MOx pH sensor was presented in this study.

#Metal oxide #pH sensor #EGFET method #Spin-coating method

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