• Uy ichidagi karbonat angidrid karbonat angidrid metan xlor va boshqa ko'p parametrli gaz detektori signalizatsiya asboblari

Uy ichidagi karbonat angidrid karbonat angidrid metan xlor va boshqa ko'p parametrli gaz detektori signalizatsiya asboblari

Atrof-muhit monitoringi, xavfsizlik, tibbiy diagnostika va qishloq xo'jaligi sohalarida yuqori samarali, ko'chma va miniatyuralashtirilgan gaz datchiklarini ishlab chiqish tobora ortib bormoqda.Turli aniqlash vositalari orasida metall-oksid-yarim o'tkazgich (MOS) kimyoviy chidamli gaz sensorlari yuqori barqarorlik, arzon narx va yuqori sezuvchanlik tufayli tijorat ilovalari uchun eng mashhur tanlovdir.Sensorning ish faoliyatini yanada yaxshilashning eng muhim yondashuvlaridan biri MOS nanomateriallaridan nanometrli MOS asosidagi hetero-bo'g'inlarni (hetero-nanostrukturali MOS) yaratishdir.Biroq, heteronanostrukturali MOS sensorining sezish mexanizmi bitta MOS gaz sensoridan farq qiladi, chunki u juda murakkab.Sensorning ishlashiga turli parametrlar, jumladan, sezgir materialning fizik va kimyoviy xossalari (don o'lchami, nuqson zichligi va materialning kislorod bo'shligi), ish harorati va qurilma tuzilishi ta'sir qiladi.Ushbu sharh heterojen nanostrukturali MOS sensorlarining sezish mexanizmini tahlil qilish orqali yuqori samarali gaz sensorlarini loyihalash uchun bir nechta tushunchalarni taqdim etadi.Bundan tashqari, sezgir material va ishchi elektrod o'rtasidagi munosabatlar bilan belgilanadigan qurilmaning geometrik tuzilishining ta'siri muhokama qilinadi.Sensor xatti-harakatlarini tizimli ravishda o'rganish uchun ushbu maqola turli xil heteronanostrukturali materiallarga asoslangan qurilmalarning uchta tipik geometrik tuzilishini idrok etishning umumiy mexanizmini taqdim etadi va muhokama qiladi.Ushbu sharh gaz sensorlarining sezgir mexanizmlarini o'rganadigan va yuqori samarali gaz sensorlarini ishlab chiqadigan kelajakdagi o'quvchilar uchun qo'llanma bo'lib xizmat qiladi.
Atmosferaning ifloslanishi tobora jiddiy muammo bo'lib, odamlar va tirik mavjudotlar farovonligiga tahdid soladigan jiddiy global ekologik muammodir.Gazsimon ifloslantiruvchi moddalarni nafas olish nafas olish kasalliklari, o'pka saratoni, leykemiya va hatto erta o'lim kabi ko'plab sog'liq muammolarini keltirib chiqarishi mumkin1,2,3,4.2012 yildan 2016 yilgacha havoning ifloslanishidan millionlab odamlar halok bo'lgani va har yili milliardlab odamlar havo sifati yomonligidan aziyat chekayotgani xabar qilingan5.Shu sababli, real vaqt rejimida qayta aloqa va yuqori aniqlash ko'rsatkichlarini (masalan, sezgirlik, selektivlik, barqarorlik, javob berish va qayta tiklash vaqtlari) ta'minlaydigan ko'chma va miniatyuralashtirilgan gaz sensorlarini ishlab chiqish muhimdir.Atrof-muhit monitoringidan tashqari, gaz sensorlari xavfsizlik6,7,8, tibbiy diagnostika9,10, akvakultura11 va boshqa sohalarda muhim rol o'ynaydi12.
Bugungi kunga kelib, turli sezish mexanizmlariga asoslangan bir nechta portativ gaz sensorlari, masalan, optik13,14,15,16,17,18, elektrokimyoviy19,20,21,22 va kimyoviy qarshilik sensorlari23,24 joriy etilgan.Ular orasida metall-oksid-yarim o'tkazgich (MOS) kimyoviy qarshilik sensorlari yuqori barqarorligi va arzonligi tufayli tijorat ilovalarida eng mashhurdir25,26.Ifloslantiruvchi kontsentratsiyani MOS qarshiligining o'zgarishini aniqlash orqali aniqlash mumkin.1960-yillarning boshida ZnO yupqa plyonkalar asosidagi birinchi kimyoviy chidamli gaz datchiklari haqida xabar berildi, bu gazni aniqlash sohasida katta qiziqish uyg'otdi27,28.Bugungi kunda gazga sezgir materiallar sifatida juda ko'p turli xil MOS ishlatiladi va ularni fizik xususiyatlariga ko'ra ikki toifaga bo'lish mumkin: ko'pchilik zaryad tashuvchisi sifatida elektronlar bilan n-tipli MOS va ko'pchilik zaryad tashuvchisi sifatida teshiklari bo'lgan p-tipli MOS.zaryad tashuvchilar.Umuman olganda, p-tipli MOS n-tipli MOSga qaraganda kamroq mashhur, chunki p-tipli MOS (Sp) ning induktiv javobi n-tipli MOS kvadrat ildiziga proportsionaldir (\(S_p = \sqrt {). S_n}\ ) ) bir xil taxminlarda (masalan, bir xil morfologik tuzilish va havodagi bantlarning egilishining bir xil o'zgarishi) 29,30.Biroq, bitta asosli MOS sensorlari hali ham amaliy ilovalarda aniqlash chegarasi, past sezuvchanlik va selektivlik kabi muammolarga duch kelmoqda.Selektivlik muammolarini ma'lum darajada sensorlar massivlarini ("elektron burunlar" deb ataladi) yaratish va vektorni kvantlash (LVQ), asosiy komponentlar tahlili (PCA) va qisman eng kichik kvadratlar (PLS) tahlili kabi hisoblash tahlili algoritmlarini o'z ichiga olgan holda hal qilish mumkin31 , 32, 33, 34, 35. Bundan tashqari, past oʻlchamli MOS32,36,37,38,39 (masalan, bir oʻlchovli (1D), 0D va 2D nanomateriallar) ishlab chiqarish, shuningdek, boshqa nanomateriallardan foydalanish ( Masalan, MOS40,41,42, asil metall nanozarrachalar (NP))43,44, uglerod nanomateriallari45,46 va Supero'tkazuvchi polimerlar47,48) yuqoridagi muammolarni hal qilishda nano o'lchamdagi hetero-birikmalar (ya'ni, heteronanostrukturali MOS) yaratish uchun afzal qilingan yondashuvlardir.An'anaviy qalin MOS plyonkalari bilan solishtirganda, yuqori o'ziga xos sirt maydoni bo'lgan past o'lchamli MOS gaz adsorbsiyasi uchun faolroq joylarni ta'minlaydi va gaz tarqalishini osonlashtiradi36,37,49.Bundan tashqari, MOS asosidagi heteronanostrukturalarning dizayni heterointerfeysda tashuvchining transportini yanada sozlashi mumkin, bu esa turli xil operatsion funktsiyalari tufayli qarshilikning katta o'zgarishiga olib keladi50,51,52.Bundan tashqari, MOS heteronanostrukturalarini loyihalashda yuzaga keladigan ba'zi kimyoviy ta'sirlar (masalan, katalitik faollik va sinergik sirt reaktsiyalari) ham sensorning ishlashini yaxshilashi mumkin.50,53,54 MOS heteronanostrukturalarini loyihalash va ishlab chiqarish takomillashtirish uchun istiqbolli yondashuv bo'ladi. sensorning ishlashi, zamonaviy kimyoga chidamli sensorlar odatda sinov va xatolikdan foydalanadi, bu vaqt talab qiluvchi va samarasiz.Shuning uchun, MOS asosidagi gaz sensorlarining sezish mexanizmini tushunish muhimdir, chunki u yuqori samarali yo'nalishli sensorlar dizaynini boshqarishi mumkin.
So'nggi yillarda MOS gaz sensorlari jadal rivojlandi va MOS nanostrukturalari55,56,57, xona harorati gaz sensorlari58,59, maxsus MOS sensori materiallari60,61,62 va maxsus gaz sensorlari63 haqida ba'zi hisobotlar nashr etildi."Boshqa sharhlar" dagi sharh maqolasi MOSning o'ziga xos fizik-kimyoviy xususiyatlariga asoslangan gaz datchiklarini sezish mexanizmini, shu jumladan kislorod vakansiyalarining rolini 64, heteronanostrukturalarning rolini 55, 65 va heterointerfeyslarda zaryad o'tkazishni 66 yoritishga qaratilgan. , boshqa ko'plab parametrlar sensorning ishlashiga ta'sir qiladi, jumladan, heterostruktura, don hajmi, ish harorati, nuqson zichligi, kislorod vakansiyalari va hatto sezgir materialning ochiq kristalli tekisliklari25,67,68,69,70,71.72, 73. Biroq, sensorli material va ishchi elektrod o'rtasidagi munosabat bilan aniqlangan qurilmaning (kamdan-kam qayd etilgan) geometrik tuzilishi, shuningdek, sensorning sezgirligiga sezilarli ta'sir qiladi74,75,76 (batafsil ma'lumot uchun 3-bo'limga qarang). .Masalan, Kumar va boshqalar.77 bir xil materialga asoslangan ikkita gaz sensori haqida xabar berdi (masalan, TiO2@NiO va NiO@TiO2 asosidagi ikki qatlamli gaz sensorlari) va qurilmaning turli geometriyalari tufayli NH3 gaz qarshiligidagi turli oʻzgarishlarni kuzatdi.Shuning uchun gazni sezish mexanizmini tahlil qilishda qurilmaning tuzilishini hisobga olish muhimdir.Ushbu sharhda mualliflar turli xil heterojen nanostrukturalar va qurilma tuzilmalari uchun MOS-ga asoslangan aniqlash mexanizmlariga e'tibor berishadi.Ushbu sharh gazni aniqlash mexanizmlarini tushunish va tahlil qilishni xohlaydigan o'quvchilar uchun qo'llanma bo'lib xizmat qilishi va kelajakda yuqori samarali gaz sensorlarini ishlab chiqishga hissa qo'shishi mumkinligiga ishonamiz.
Shaklda.1a bitta MOSga asoslangan gazni sezish mexanizmining asosiy modelini ko'rsatadi.Harorat ko'tarilgach, MOS yuzasida kislorod (O2) molekulalarining adsorbsiyasi MOS dan elektronlarni tortadi va anion turlarini (masalan, O2- va O-) hosil qiladi.Keyinchalik, MOS 15, 23, 78 yuzasida n-tipli MOS uchun elektronni yo'qotish qatlami (EDL) yoki p-tipli MOS uchun teshik to'plash qatlami (HAL) hosil bo'ladi. O2 va o'rtasidagi o'zaro ta'sir. MOS sirt MOSning o'tkazuvchanlik bandini yuqoriga egilib, potentsial to'siq hosil qiladi.Keyinchalik, sensor maqsadli gazga ta'sir qilganda, MOS yuzasida adsorbsiyalangan gaz ionli kislorod turlari bilan reaksiyaga kirishadi, elektronlarni jalb qiladi (oksidlovchi gaz) yoki elektronlarni beradi (gazni kamaytiradi).Maqsadli gaz va MOS o'rtasidagi elektron uzatish EDL yoki HAL30,81 kengligini sozlashi mumkin, bu esa MOS sensorining umumiy qarshiligining o'zgarishiga olib keladi.Misol uchun, qaytaruvchi gaz uchun elektronlar qaytaruvchi gazdan n-tipli MOSga o'tadi, natijada EDL pastroq va qarshilik past bo'ladi, bu esa n-tipli sensor harakati deb ataladi.Bundan farqli o'laroq, p-tipli MOS p-tipi sezuvchanlik xatti-harakatini aniqlaydigan kamaytiruvchi gazga ta'sir qilganda, HAL qisqaradi va elektron donatsiyasi tufayli qarshilik kuchayadi.Oksidlovchi gazlar uchun sensorning javobi gazlarni kamaytirishga qarama-qarshidir.
Gazlarni kamaytirish va oksidlovchi n-tipli va p-tipli MOSni aniqlashning asosiy mexanizmlari b Yarimo'tkazgichli gaz sensorlari bilan bog'liq asosiy omillar va fizik-kimyoviy yoki moddiy xususiyatlar 89
Asosiy aniqlash mexanizmidan tashqari, amaliy gaz sensorlarida ishlatiladigan gazni aniqlash mexanizmlari juda murakkab.Misol uchun, gaz sensori haqiqiy foydalanish foydalanuvchining ehtiyojlariga qarab ko'plab talablarga (sezuvchanlik, selektivlik va barqarorlik kabi) javob berishi kerak.Ushbu talablar sezgir materialning fizik va kimyoviy xususiyatlari bilan chambarchas bog'liq.Masalan, Xu va boshq.71 SnO2 asosidagi sensorlar kristall diametri (d) SnO271 ning Debye uzunligiga (lD) teng yoki ikki baravar kam bo'lsa, eng yuqori sezuvchanlikka erishishini ko'rsatdi.d ≤ 2lD bo'lganda, O2 molekulalarining adsorbsiyasidan so'ng SnO2 butunlay tugaydi va sensorning qaytaruvchi gazga javobi maksimal bo'ladi.Bundan tashqari, boshqa turli parametrlar sensorning ishlashiga ta'sir qilishi mumkin, jumladan ish harorati, kristall nuqsonlari va hatto sezgir materialning ochiq kristall tekisliklari.Xususan, ish haroratining ta'siri maqsadli gazning adsorbsiya va desorbsiya tezligi, shuningdek, adsorbsiyalangan gaz molekulalari va kislorod zarralari orasidagi sirt reaktivligi o'rtasidagi mumkin bo'lgan raqobat bilan izohlanadi4,82.Kristal nuqsonlarning ta'siri kislorod bo'shligi tarkibiga kuchli bog'liqdir [83, 84].Sensorning ishlashiga ochiq kristall yuzlarning turli reaktivligi ham ta'sir qilishi mumkin67,85,86,87.Pastroq zichlikka ega ochiq kristall tekisliklar yuqori energiyaga ega bo'lgan ko'proq muvofiqlashtirilmagan metall kationlarini aniqlaydi, bu esa sirt adsorbsiyasi va reaktivligini oshiradi88.1-jadvalda bir nechta asosiy omillar va ular bilan bog'liq takomillashtirilgan pertseptiv mexanizmlar keltirilgan.Shu sababli, ushbu material parametrlarini sozlash orqali aniqlash ish faoliyatini yaxshilash mumkin va sensorning ishlashiga ta'sir qiluvchi asosiy omillarni aniqlash juda muhimdir.
Yamazoe89 va Shimanoe va boshq.68,71 sensorni idrok etishning nazariy mexanizmi bo'yicha bir qator tadqiqotlar o'tkazdilar va sensorning ishlashiga ta'sir qiluvchi uchta mustaqil asosiy omilni taklif qildilar, xususan, retseptorlar funktsiyasi, transduser funktsiyasi va foydali (1b-rasm)..Retseptor funktsiyasi MOS sirtining gaz molekulalari bilan o'zaro ta'sir qilish qobiliyatini anglatadi.Bu funktsiya MOSning kimyoviy xossalari bilan chambarchas bog'liq bo'lib, uni xorijiy qabul qiluvchilarni (masalan, metall NP va boshqa MOS) joriy etish orqali sezilarli darajada yaxshilash mumkin.Transduser funktsiyasi gaz va MOS yuzasi o'rtasidagi reaktsiyani MOSning don chegaralari ustunlik qiladigan elektr signaliga aylantirish qobiliyatini anglatadi.Shunday qilib, hissiy funktsiyaga MOC zarrachalarining kattaligi va xorijiy retseptorlarning zichligi sezilarli darajada ta'sir qiladi.Katoch va boshq.90 xabar berishicha, ZnO-SnO2 nanofibrillarining don hajmining qisqarishi natijasida ko'plab hetero-birikmalar hosil bo'lgan va sensorning sezgirligi o'zgargan.Vang va boshq.91 Zn2GeO4 ning turli xil don o'lchamlarini solishtirdi va don chegaralarini kiritgandan so'ng sensori sezgirligining 6,5 barobar oshishini ko'rsatdi.Utility - ichki MOS tuzilishiga gaz mavjudligini tavsiflovchi yana bir asosiy sensor ishlashi omili.Agar gaz molekulalari ichki MOSga kira olmasa va reaksiyaga kirishmasa, sensorning sezgirligi pasayadi.Foydalilik ma'lum bir gazning diffuziya chuqurligi bilan chambarchas bog'liq bo'lib, u sezuvchi materialning g'ovak hajmiga bog'liq.Sakai va boshqalar.92 sensorning tutun gazlariga sezgirligini modellashtirdi va gazning molekulyar og'irligi va sensor membranasining g'ovak radiusi sensorning membranasidagi turli gaz diffuziya chuqurliklarida sensorning sezgirligiga ta'sir qilishini aniqladi.Yuqoridagi munozara shuni ko'rsatadiki, yuqori samarali gaz sensorlari retseptorlari funktsiyasini, transduser funktsiyasini va yordamni muvozanatlash va optimallashtirish orqali ishlab chiqilishi mumkin.
Yuqoridagi ish bitta MOSning asosiy idrok mexanizmini aniqlaydi va MOS ishlashiga ta'sir qiluvchi bir necha omillarni muhokama qiladi.Ushbu omillarga qo'shimcha ravishda, heterostrukturalarga asoslangan gaz sensorlari sensor va retseptorlarning funktsiyalarini sezilarli darajada yaxshilash orqali sensorning ish faoliyatini yanada yaxshilashi mumkin.Bundan tashqari, heteronanostrukturalar katalitik reaktsiyalarni kuchaytirish, zaryad o'tkazishni tartibga solish va ko'proq adsorbsiya joylarini yaratish orqali sensorning ish faoliyatini yanada yaxshilashi mumkin.Bugungi kunga kelib, MOS heteronanostrukturalariga asoslangan ko'plab gaz sensorlari kengaytirilgan sezish mexanizmlarini muhokama qilish uchun o'rganildi95,96,97.Miller va boshqalar.55 sirtga bog'liq, interfeysga bog'liq va tuzilishga bog'liq bo'lgan heteronanostrukturalarning sezgirligini oshirishi mumkin bo'lgan bir nechta mexanizmlarni umumlashtirdi.Ularning orasida interfeysga bog'liq kuchaytirish mexanizmi barcha interfeysli o'zaro ta'sirlarni bitta nazariyada qamrab olish uchun juda murakkab, chunki heteronanostrukturali materiallarga asoslangan turli xil sensorlar (masalan, nn-hetero-bo'g'in, pn-hetero-birikma, pp-hetero-birikma va boshqalar) ishlatilishi mumkin. .Shottki tugun).Odatda, MOS asosidagi heteronanostrukturali sensorlar har doim ikkita yoki undan ko'p ilg'or sensor mexanizmlarini o'z ichiga oladi98,99,100.Ushbu kuchaytirish mexanizmlarining sinergik ta'siri sensor signallarini qabul qilish va qayta ishlashni kuchaytirishi mumkin.Shunday qilib, heterojen nanostrukturali materiallarga asoslangan sensorlarni idrok etish mexanizmini tushunish tadqiqotchilarga ularning ehtiyojlariga muvofiq pastdan yuqoriga gaz sensorlarini ishlab chiqishda yordam berish uchun juda muhimdir.Bundan tashqari, qurilmaning geometrik tuzilishi 74, 75, 76 datchikning sezgirligiga ham sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Sensorning xatti-harakatlarini tizimli tahlil qilish uchun turli xil heteronanostrukturali materiallarga asoslangan uchta qurilma konstruktsiyasining sezgi mexanizmlari taqdim etiladi. va quyida muhokama qilinadi.
MOS asosidagi gaz sensorlarining jadal rivojlanishi bilan turli xil hetero-nanostrukturali MOS taklif qilindi.Geterointerfeysda zaryadning uzatilishi komponentlarning turli Fermi darajalariga (Ef) bog'liq.Geterointerfeysda elektronlar Fermi darajalari muvozanatga kelguncha kattaroq Ef bo'lgan bir tomondan ikkinchi tomonga kichikroq Ef bilan harakat qiladi va teshiklar aksincha.Keyin heterointerfeysdagi tashuvchilar tugaydi va kamayib ketgan qatlam hosil qiladi.Sensor maqsadli gazga ta'sir qilgandan so'ng, heteronanostrukturali MOS tashuvchisi konsentratsiyasi to'siq balandligi kabi o'zgaradi va shu bilan aniqlash signalini kuchaytiradi.Bundan tashqari, heteronanostrukturalarni ishlab chiqarishning turli usullari materiallar va elektrodlar o'rtasidagi turli munosabatlarga olib keladi, bu esa turli xil qurilma geometriyalari va turli xil sezish mexanizmlariga olib keladi.Ushbu sharhda biz uchta geometrik qurilma strukturasini taklif qilamiz va har bir struktura uchun sezgir mexanizmni muhokama qilamiz.
Hetero-bo'g'inlar gazni aniqlashda juda muhim rol o'ynasa-da, butun sensorning qurilma geometriyasi ham aniqlash xatti-harakatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin, chunki sensorning o'tkazuvchanlik kanalining joylashuvi qurilma geometriyasiga juda bog'liq.2-rasmda ko'rsatilganidek, bu erda heterounction MOS qurilmalarining uchta tipik geometriyasi ko'rib chiqiladi. Birinchi turdagi ikkita MOS ulanishi tasodifiy ravishda ikkita elektrod o'rtasida taqsimlanadi va Supero'tkazuvchilar kanalning joylashuvi asosiy MOS tomonidan belgilanadi, ikkinchisi elektrodga faqat bitta MOS ulangan bo'lsa, turli xil MOS dan heterojen nanostrukturalarning shakllanishi.elektrod ulanadi, keyin o'tkazuvchan kanal odatda MOS ichida joylashgan va to'g'ridan-to'g'ri elektrodga ulanadi.Uchinchi turdagi ikkita material ikkita elektrodga alohida biriktirilib, qurilmani ikkita material o'rtasida hosil bo'lgan heteroduktsiya orqali boshqaradi.
Birikmalar orasidagi chiziqcha (masalan, “SnO2-NiO”) bu ikki komponent oddiygina aralashganligini bildiradi (I-toifa).Ikki ulanish o'rtasidagi "@" belgisi (masalan, "SnO2@NiO") II turdagi sensor tuzilishi uchun iskala materiali (NiO) SnO2 bilan bezatilganligini ko'rsatadi.Egri chiziq (masalan, “NiO/SnO2”) III turdagi sensor dizaynini bildiradi.
MOS kompozitlariga asoslangan gaz sensorlari uchun ikkita MOS elementi elektrodlar o'rtasida tasodifiy taqsimlanadi.MOS kompozitlarini tayyorlash uchun ko'plab ishlab chiqarish usullari ishlab chiqilgan, shu jumladan sol-gel, ko'p cho'ktirish, gidrotermal, elektrospinning va mexanik aralashtirish usullari98,102,103,104.So'nggi paytlarda metall markazlar va organik bog'lovchilardan tashkil topgan gözenekli kristalli strukturaviy materiallar sinfi bo'lgan metall-organik ramkalar (MOF) gözenekli MOS kompozitlarini ishlab chiqarish uchun shablon sifatida ishlatilgan105,106,107,108.Shuni ta'kidlash kerakki, MOS kompozitlarining ulushi bir xil bo'lsa-da, turli ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalanganda sezuvchanlik xususiyatlari juda katta farq qilishi mumkin.109,110 Masalan, Gao va boshq.109 bir xil atom nisbati bo'lgan MoO3±SnO2 kompozitlari asosida ikkita sensor ishlab chiqardilar. ( Mo: Sn = 1: 1.9) va turli ishlab chiqarish usullari turli sezuvchanlikka olib kelishini aniqladi.Shaposhnik va boshqalar.110 ning xabar berishicha, birgalikda cho'kilgan SnO2-TiO2 ning gazsimon H2 ga reaktsiyasi, hatto bir xil Sn / Ti nisbatida ham mexanik aralashgan materiallardan farq qiladi.Bu farq MOP va MOP kristallit o'lchamlari o'rtasidagi bog'liqlik turli sintez usullari bilan farq qilishi sababli yuzaga keladi109,110.Don o'lchami va shakli donor zichligi va yarimo'tkazgich turi bo'yicha mos bo'lganda, kontakt geometriyasi o'zgarmasa, javob bir xil bo'lishi kerak 110 .Staerz va boshqalar.111 SnO2-Cr2O3 yadro qobig'i (CSN) nantolalari va tuproqli SnO2-Cr2O3 CSNlarni aniqlash xususiyatlari deyarli bir xil bo'lib, nanofiber morfologiyasi hech qanday afzallik bermasligini ko'rsatadi.
Turli ishlab chiqarish usullariga qo'shimcha ravishda, ikki xil MOSFETning yarimo'tkazgich turlari ham sensorning sezgirligiga ta'sir qiladi.Ikki MOSFETning bir xil turdagi yarimo'tkazgich (nn yoki pp ulanishi) yoki har xil turdagi (pn birikmasi) ekanligiga qarab, uni ikki toifaga bo'lish mumkin.Gaz datchiklari bir xil turdagi MOS kompozitlariga asoslangan bo'lsa, ikkita MOSning molyar nisbatini o'zgartirib, sezgirlik reaktsiyasining xarakteristikasi o'zgarishsiz qoladi va sensorning sezgirligi nn- yoki pp-hetero-birikmalar soniga qarab o'zgaradi.Kompozitda bitta komponent ustunlik qilganda (masalan, 0,9 ZnO-0,1 SnO2 yoki 0,1 ZnO-0,9 SnO2), o'tkazuvchanlik kanali dominant MOS tomonidan aniqlanadi, gomojunction o'tkazuvchanlik kanali 92 deb ataladi.Ikki komponentning nisbati solishtirish mumkin bo'lganda, o'tkazuvchanlik kanalida hetero-birikma ustunlik qiladi98,102.Yamazoe va boshqalar.112,113 ma'lumotlariga ko'ra, ikkita komponentning heterokontakt hududi sensorning sezgirligini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, chunki komponentlarning turli xil operatsion funktsiyalari tufayli hosil bo'lgan hetero-birikma to'sig'i elektronlar ta'sirida sensorning drift harakatchanligini samarali boshqarishi mumkin.Har xil muhit gazlari 112,113.Shaklda.Shakl 3a ko'rsatadiki, SnO2-ZnO tolali ierarxik tuzilmalarga asoslangan turli xil ZnO tarkibiga ega (0 dan 10 mol% Zn gacha) etanolni tanlab aniqlash mumkin.Ular orasida SnO2-ZnO tolalari (7 mol.% Zn) asosidagi datchik ko'p sonli hetero-birikmalar hosil bo'lishi va o'ziga xos sirt maydonining ortishi tufayli eng yuqori sezuvchanlikni ko'rsatdi, bu esa konvertorning funksiyasini oshirdi va yaxshilandi. sezuvchanlik 90 Biroq, ZnO tarkibining 10 mol.% gacha ko'tarilishi bilan mikro tuzilmali SnO2-ZnO kompozitsiyasi sirt faollashuv joylarini o'rashi va sensorning sezgirligini kamaytirishi mumkin85.Xuddi shunday tendentsiya har xil Fe/Ni nisbatlariga ega NiO-NiFe2O4 pp hetero-biriktiruvchi kompozitlarga asoslangan datchiklarda ham kuzatiladi (3b-rasm)114.
SnO2-ZnO tolalarining (7 mol.% Zn) SEM tasvirlari va 260 ° C da 100 ppm konsentratsiyali turli gazlarga sensorning javobi;54b Sof NiO va NiO-NiFe2O4 kompozitlariga asoslangan sensorlarning javoblari 50 ppm turli gazlar, 260 ° C;114 (c) xSnO2-(1-x)Co3O4 tarkibidagi tugunlar sonining sxematik diagrammasi va 10 ppm CO, aseton, C6H6 va SO2 uchun xSnO2-(1-x)Co3O4 tarkibining mos keladigan qarshilik va sezgirlik reaktsiyalari. Sn / Co 98 ning molyar nisbatini o'zgartirish orqali 350 ° C da gaz
Pn-MOS kompozitlari MOS115 ning atom nisbatiga qarab turli sezuvchanlik xatti-harakatlarini ko'rsatadi.Umuman olganda, MOS kompozitlarining sensorli xatti-harakati MOS sensor uchun asosiy o'tkazuvchanlik kanali bo'lib xizmat qilishiga juda bog'liq.Shuning uchun kompozitlarning foiz tarkibi va nanostrukturasini tavsiflash juda muhimdir.Kim va boshq.98 bu xulosani bir qator xSnO2 ± (1-x)Co3O4 kompozit nanotolalarni elektrospinlash va ularning sensor xususiyatlarini o'rganish orqali sintez qilish orqali tasdiqladi.Ular SnO2-Co3O4 kompozit sensorining xatti-harakati SnO2 foizini kamaytirish orqali n-turidan p-turiga o'tishini kuzatdilar (3c-rasm)98.Bundan tashqari, hetero-bo'g'imli datchiklar (0,5 SnO2-0,5 Co3O4 asosida) homojunction-dominant sensorlar (masalan, yuqori SnO2 yoki Co3O4 sensorlar) bilan solishtirganda C6H6 uchun eng yuqori uzatish tezligini ko'rsatdi.0,5 SnO2-0,5 Co3O4 asosidagi sensorning o'ziga xos yuqori qarshiligi va uning umumiy sensor qarshiligini modulyatsiya qilish qobiliyati uning C6H6 ga eng yuqori sezgirligiga yordam beradi.Bundan tashqari, SnO2-Co3O4 heterointerfeyslaridan kelib chiqadigan panjara nomuvofiqligi nuqsonlari gaz molekulalari uchun imtiyozli adsorbsiya joylarini yaratishi mumkin va shu bilan sensorning javobini kuchaytiradi109,116.
Yarimo'tkazgich tipidagi MOSga qo'shimcha ravishda, MOS kompozitlarining teginish harakati ham MOS-117 kimyosi yordamida moslashtirilishi mumkin.Huo va boshq.117 Co3O4-SnO2 kompozitlarini tayyorlash uchun oddiy qaynatish usulini qo'llagan va Co/Sn molyar nisbati 10% bo'lganida sensor H2 ga p tipidagi aniqlash javobini va n tipidagi sezgirlikni ko'rsatishini aniqlagan. H2.javob.CO, H2S va NH3 gazlariga sensorning javoblari 4a117-rasmda ko'rsatilgan.Past Co/Sn nisbatlarida SnO2±SnO2 nanodon chegaralarida koʻplab homo-birikmalar hosil boʻladi va H2 ga n-tipli sensor javoblarini koʻrsatadi (4b,c-rasm)115.Co/Sn nisbati 10 molgacha oshishi bilan.%, SnO2-SnO2 gomobog'lanishlari o'rniga bir vaqtning o'zida ko'plab Co3O4-SnO2 geterobirikmalar hosil bo'lgan (4d-rasm).Co3O4 H2 ga nisbatan faol bo'lmagani va SnO2 H2 bilan kuchli reaksiyaga kirishganligi sababli H2 ning ion kislorod turlari bilan reaksiyasi asosan SnO2117 yuzasida sodir bo'ladi.Shuning uchun elektronlar SnO2 ga o'tadi va Ef SnO2 o'tkazuvchanlik zonasiga o'tadi, Ef Co3O4 esa o'zgarishsiz qoladi.Natijada, sensorning qarshiligi kuchayadi, bu yuqori Co / Sn nisbati bo'lgan materiallar p-tipli sezgir xatti-harakatlarini ko'rsatadi (4e-rasm).Aksincha, CO, H2S va NH3 gazlari SnO2 va Co3O4 sirtlarida ionli kislorod turlari bilan reaksiyaga kirishadi va elektronlar gazdan sensorga o'tadi, buning natijasida to'siq balandligi va n tipidagi sezgirlik pasayadi (4f-rasm)..Sensorning bu har xil harakati Co3O4 ning turli gazlar bilan har xil reaktivligi bilan bog'liq bo'lib, bu Yin va boshqalar tomonidan tasdiqlangan.118 .Xuddi shunday, Katoch va boshqalar.119 SnO2-ZnO kompozitlari yaxshi selektivlikka va H2 ga yuqori sezuvchanlikka ega ekanligini ko'rsatdi.Bu xatti-harakat H atomlari H ning s-orbitali va O ning p-orbitali o'rtasida kuchli gibridlanish tufayli ZnO ning O pozitsiyalariga osongina adsorbsiyalanishi mumkinligi sababli yuzaga keladi, bu ZnO120,121 ning metalllanishiga olib keladi.
a Co/Sn-10% dinamik qarshilik egri H2, CO, NH3 va H2S kabi tipik kamaytirish gazlar uchun, past% m da H2 uchun b, c Co3O4 / SnO2 kompozit sezgir mexanizmi diagrammasi.Co/Sn, df Co3O4 H2 va CO, H2S va NH3 ni yuqori Co/Sn/SnO2 kompozitsiyasi bilan aniqlash mexanizmi
Shuning uchun biz mos ishlab chiqarish usullarini tanlash, kompozitlarning don hajmini kamaytirish va MOS kompozitlarining molyar nisbatini optimallashtirish orqali I tipidagi sensorning sezgirligini yaxshilashimiz mumkin.Bundan tashqari, sezgir materialning kimyosini chuqur tushunish sensorning selektivligini yanada oshirishi mumkin.
II turdagi sensor tuzilmalari turli xil heterojen nanostrukturali materiallardan, jumladan bitta "master" nanomaterial va ikkinchi yoki hatto uchinchi nanomaterialdan foydalanishi mumkin bo'lgan yana bir mashhur sensor tuzilmasidir.Misol uchun, nanozarrachalar, yadro-qobiq (CS) va ko'p qatlamli heteronanostrukturali materiallar bilan bezatilgan bir o'lchovli yoki ikki o'lchovli materiallar odatda II turdagi sensorli tuzilmalarda qo'llaniladi va ular quyida batafsil muhokama qilinadi.
Birinchi heteronanostruktura materiali (bezatilgan heteronanostruktura) uchun 2b(1)-rasmda ko'rsatilganidek, sensorning o'tkazuvchan kanallari asosiy material bilan bog'langan.Hetero birlashmalarning shakllanishi tufayli o'zgartirilgan nanopartikullar gazni adsorbtsiya qilish yoki desorbtsiya qilish uchun ko'proq reaktiv joylarni ta'minlashi mumkin, shuningdek, sezish samaradorligini oshirish uchun katalizator sifatida ham harakat qilishi mumkin109,122,123,124.Yuan va boshq.41 ta'kidlashicha, WO3 nanosimlarini CeO2 nanodotlari bilan bezash CeO2@WO3 heterointerfeys va CeO2 yuzasida ko'proq adsorbsiya joylarini ta'minlashi va aseton bilan reaksiyaga kirishish uchun ko'proq kimyosorbsiyalangan kislorod turlarini yaratishi mumkin.Gunawan va boshqalar.125. Bir o'lchovli Au@a-Fe2O3 asosidagi o'ta yuqori sezuvchanlik aseton sensori taklif qilingan va sensorning sezgirligi kislorod manbai sifatida O2 molekulalarining faollashishi bilan boshqarilishi kuzatilgan.Au NP larning mavjudligi asetonning oksidlanishi uchun kislorod molekulalarining panjara kislorodiga ajralishini rag'batlantiradigan katalizator bo'lib xizmat qilishi mumkin.Shu kabi natijalar Choi va boshqalar tomonidan olingan.Bu erda Pt katalizatori adsorbsiyalangan kislorod molekulalarini ionlangan kislorod turlariga ajratish va asetonga sezgir javobni kuchaytirish uchun ishlatilgan.2017-yilda xuddi shu tadqiqot guruhi 5126-rasmda ko‘rsatilganidek, bimetalik nanozarrachalar katalizda bitta qimmatbaho metall nanozarrachalarga qaraganda ancha samarali ekanligini ko‘rsatdi. o'rtacha hajmi 3 nm dan kam.Keyinchalik, elektrospinning usulidan foydalanib, aseton yoki H2S ga sezgirlik va selektivlikni oshirish uchun PtM@WO3 nanofiberlari olindi (5b-g-rasm).So'nggi paytlarda yagona atomli katalizatorlar (SAC) atomlardan foydalanishning maksimal samaradorligi va sozlangan elektron tuzilmalari tufayli kataliz va gaz tahlili sohasida mukammal katalitik ko'rsatkichlarni ko'rsatdi127,128.Shin va boshqalar.129 gazni aniqlash uchun Pt@MCN@SnO2 inline tolalarini tayyorlash uchun kimyoviy manbalar sifatida Pt-SA ankrajli uglerod nitridi (MCN), SnCl2 va PVP nanosheetlaridan foydalangan.Pt@MCN ning juda past (0,13 g.% dan 0,68 g. gacha) tarkibiga qaramay, gazsimon formaldegid Pt@MCN@SnO2 ni aniqlash koʻrsatkichi boshqa mos yozuvlar namunalaridan (sof SnO2, MCN@SnO2 va Pt NPs@) ustundir. SnO2)..Aniqlashning bu zo'r ko'rsatkichi Pt SA katalizatorining maksimal atom samaradorligi va SnO2129 faol maydonlarining minimal qamrovi bilan bog'liq bo'lishi mumkin.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) nanozarrachalarini olish uchun apoferritin yuklangan kapsülleme usuli;bd toza WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 va Pt-NiO@WO3 nanotolalarining dinamik gazga sezgir xususiyatlari;masalan, PtPd@WO3, PtRn@WO3 va Pt-NiO@WO3 nanofiber datchiklarining 1 ppm interferentsion gazga 126 selektivlik xususiyatlariga asoslanadi.
Bundan tashqari, iskala materiallari va nanopartikullar o'rtasida hosil bo'lgan hetero-birikmalar, shuningdek, sensor ish faoliyatini yaxshilash uchun radial modulyatsiya mexanizmi orqali o'tkazuvchanlik kanallarini samarali modulyatsiya qilishi mumkin130,131,132.Shaklda.6a-rasmda gazlarni kamaytirish va oksidlovchi sof SnO2 va Cr2O3@SnO2 nanosimlarining sensor xususiyatlari va tegishli sensor mexanizmlari ko'rsatilgan131.Sof SnO2 nanosimlari bilan solishtirganda, Cr2O3@SnO2 nanosimlarining qaytaruvchi gazlarga munosabati sezilarli darajada kuchayadi, oksidlovchi gazlarga boʻlgan munosabat esa yomonlashadi.Bu hodisalar hosil bo'lgan pn geterobirikmasining radial yo'nalishi bo'yicha SnO2 nanosimlari o'tkazuvchanlik kanallarining mahalliy sekinlashishi bilan chambarchas bog'liq.Sensorning qarshiligini kamaytirish va oksidlovchi gazlar ta'siridan keyin sof SnO2 nanosimlari yuzasida EDL kengligini o'zgartirish orqali oddiygina sozlash mumkin.Biroq, Cr2O3@SnO2 nanosimlari uchun havodagi SnO2 nanosimlarining boshlang'ich DELi sof SnO2 nanosimlariga nisbatan ortadi va o'tkazuvchanlik kanali hetero-birikma hosil bo'lishi tufayli bostiriladi.Shu sababli, sensorga qaytaruvchi gaz ta'sirida tutilgan elektronlar SnO2 nanosimlariga chiqariladi va EDL keskin kamayadi, bu esa sof SnO2 nanosimlariga qaraganda yuqori sezuvchanlikka olib keladi.Aksincha, oksidlovchi gazga o'tishda DEL kengayishi cheklangan bo'lib, past sezuvchanlikka olib keladi.Shunga o'xshash sensorli javob natijalari Choi va boshqalar tomonidan kuzatilgan, 133, ularda p-tipli WO3 nanozarralari bilan bezatilgan SnO2 nanosimlari gazlarni kamaytirishga sezilarli darajada yaxshilangan sensorli javobni ko'rsatdi, n-bezakli SnO2 sensorlari esa oksidlovchi gazlarga nisbatan sezgirlikni oshirdi.TiO2 nanozarrachalari (6b-rasm) 133. Bu natija asosan SnO2 va MOS (TiO2 yoki WO3) nanozarrachalarining turli ish funksiyalari bilan bog'liq.P-tipli (n-tip) nanozarrachalarda ramka materialining (SnO2) o'tkazuvchanlik kanali radial yo'nalishda kengayadi (yoki qisqaradi), so'ngra qaytarilish (yoki oksidlanish) ta'sirida keyingi kengayish (yoki qisqarish) ta'siri ostida. SnO2 ning o'tkazuvchanlik kanalining - qovurg'a ) gazning (6b-rasm).
O'zgartirilgan LF MOS tomonidan induktsiya qilingan radial modulyatsiya mexanizmi.Sof SnO2 va Cr2O3@SnO2 nanosimlari va mos keladigan sezgir mexanizmning sxematik diagrammalari asosida 10 ppm qaytaruvchi va oksidlovchi gazlarga gaz reaksiyalarining qisqacha mazmuni;va WO3@SnO2 nanorodlarining tegishli sxemalari va aniqlash mexanizmi133
Ikki qatlamli va ko'p qatlamli heterostruktura qurilmalarida qurilmaning o'tkazuvchanlik kanali elektrodlar bilan bevosita aloqada bo'lgan qatlam (odatda pastki qatlam) tomonidan ustunlik qiladi va ikki qatlamning interfeysida hosil bo'lgan hetero-birikma pastki qatlamning o'tkazuvchanligini boshqarishi mumkin. .Shuning uchun, gazlar yuqori qatlam bilan o'zaro ta'sirlashganda, ular pastki qatlamning o'tkazuvchanlik kanallariga va qurilmaning 134 qarshiligiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin.Masalan, Kumar va boshqalar.77 NH3 uchun TiO2 @ NiO va NiO @ TiO2 qo'sh qatlamlarining qarama-qarshi xatti-harakati haqida xabar berdi.Bu farq ikki datchikning o'tkazuvchanlik kanallari turli materiallar qatlamlarida (mos ravishda NiO va TiO2) ustun bo'lganligi sababli yuzaga keladi, keyin esa asosiy o'tkazuvchanlik kanallaridagi o'zgarishlar har xil77.
Ikki qatlamli yoki ko'p qatlamli heteronanostrukturalar odatda püskürtme, atom qatlamini cho'ktirish (ALD) va sentrifugalash orqali ishlab chiqariladi56,70,134,135,136.Ikki materialning plyonka qalinligi va aloqa joyini yaxshi nazorat qilish mumkin.Shakl 7a va b da etanolni aniqlash uchun purkash natijasida olingan NiO@SnO2 va Ga2O3@WO3 nanofilmlari koʻrsatilgan135,137.Biroq, bu usullar odatda tekis plyonkalarni ishlab chiqaradi va bu tekis plyonkalar past o'ziga xos sirt maydoni va gaz o'tkazuvchanligi tufayli 3D nanostrukturali materiallarga qaraganda kamroq sezgir.Shu sababli, turli ierarxiyalarga ega bo'lgan ikki qatlamli plyonkalarni ishlab chiqarish uchun suyuqlik-fazali strategiya ham o'ziga xos sirt maydonini oshirish orqali pertseptiv ishlashni yaxshilash uchun taklif qilingan41,52,138.Zhu va boshqalar139 H2S aniqlash uchun SnO2 nanosimlari (ZnO@SnO2 nanosimlari) orqali yuqori tartibli ZnO nanosimlarini ishlab chiqarish uchun püskürtme va gidrotermal usullarni birlashtirdilar (7c-rasm).Uning 1 ppm H2S ga javobi purkalgan ZnO@SnO2 nanofilmlari asosidagi sensordan 1,6 baravar yuqori.Liu va boshqalar.52 ierarxik SnO2@NiO nanostrukturalarini ishlab chiqarish uchun ikki bosqichli in situ kimyoviy yotqizish usulidan foydalangan holda yuqori samarali H2S sensori haqida xabar berdi, so'ngra termal tavlanish (10d-rasm).An'anaviy püskürtmeli SnO2@NiO ikki qatlamli plyonkalar bilan solishtirganda, SnO2@NiO ierarxik ikki qatlamli strukturasining sezgirlik ko'rsatkichlari o'ziga xos sirt maydonining oshishi hisobiga sezilarli darajada yaxshilanadi52,137.
MOS asosidagi ikki qavatli gaz sensori.Etanolni aniqlash uchun NiO@SnO2 nanofilm;etanolni aniqlash uchun 137b Ga2O3@WO3 nanofilm;H2S aniqlash uchun 135c yuqori tartibli SnO2@ZnO ikki qatlamli ierarxik tuzilma;H2S52 ni aniqlash uchun 139d SnO2@NiO ikki qatlamli ierarxik tuzilma.
Yadro-qobiqli heteronanostrukturalarga (CSHN) asoslangan II turdagi qurilmalarda sezish mexanizmi murakkabroq, chunki o'tkazuvchanlik kanallari ichki qobiq bilan chegaralanmaydi.Ishlab chiqarish yo'nalishi ham, paketning qalinligi (hs) ham o'tkazuvchan kanallarning joylashishini aniqlashi mumkin.Misol uchun, pastdan yuqoriga sintez usullaridan foydalanganda, o'tkazuvchanlik kanallari odatda ichki yadro bilan chegaralanadi, ular tuzilishi jihatidan ikki qatlamli yoki ko'p qatlamli qurilma tuzilmalariga o'xshash (2b (3)-rasm) 123, 140, 141, 142, 143. Xu va boshqalar.144 o'tkazuvchanlik kanali markaziy qism bilan cheklangan a-Fe2O3 nanorodlariga NiO yoki CuO NPs qatlamini joylashtirish orqali CSHN NiO@a-Fe2O3 va CuO@a-Fe2O3 olish uchun pastdan yuqoriga yondashuvni xabar qildi.(nanorodlar a-Fe2O3).Liu va boshqalar.142, shuningdek, silikon nanosimlarning tayyorlangan massivlarida TiO2 ni joylashtirish orqali CSHN TiO2 @ Si ning asosiy qismiga o'tkazuvchanlik kanalini cheklashga muvaffaq bo'ldi.Shuning uchun uning sezuvchanligi (p-tipi yoki n-tipi) faqat kremniy nanotelning yarimo'tkazgich turiga bog'liq.
Biroq, bildirilgan ko'pchilik CSHN-ga asoslangan sensorlar (2b (4)-rasm) sintezlangan CS materialining kukunlarini chiplarga o'tkazish orqali ishlab chiqarilgan.Bunday holda, sensorning o'tkazuvchanlik yo'liga korpus qalinligi (hs) ta'sir qiladi.Kimning guruhi hs ning gazni aniqlash samaradorligiga ta'sirini o'rganib chiqdi va mumkin bo'lgan aniqlash mexanizmini taklif qildi100,112,145,146,147,148. Ushbu tuzilmani sezish mexanizmiga ikkita omil yordam beradi, deb ishoniladi: (1) qobiqning EDL ning radial modulyatsiyasi va (2) elektr maydonining ifloslanish effekti (8-rasm) 145. Tadqiqotchilar o'tkazuvchanlik kanali ekanligini ta'kidladilar. tashuvchilarning ko'p qismi qobiq qatlamining hs > lD bo'lganda qobiq qatlami bilan chegaralanadi145. Ushbu tuzilmani sezish mexanizmiga ikkita omil yordam beradi, deb ishoniladi: (1) qobiqning EDL ning radial modulyatsiyasi va (2) elektr maydonining ifloslanish effekti (8-rasm) 145. Tadqiqotchilar o'tkazuvchanlik kanali ekanligini ta'kidladilar. tashuvchilarning ko'p qismi qobiq qatlamining hs > lD bo'lganda qobiq qatlami bilan chegaralanadi145. Schitaetsya, chto v mexanizme vospriyatiya etoy struktura uchastvuyut ikki omil: (1) radialnaya modulyatsiya DES obolochki va (2) effekt razmytyya elektricheskogo polya (ris. 8) 145. lD obolochki145. Ushbu strukturani idrok etish mexanizmida ikkita omil ishtirok etadi, deb ishoniladi: (1) qobiqning EDL ning radial modulyatsiyasi va (2) elektr maydonining xiralashishi ta'siri (8-rasm) 145. Tadqiqotchilar ta'kidladilarki, tashuvchining o'tkazuvchanlik kanali asosan hs > lD qobiqlari145 bo'lganda qobiq bilan chegaralanadi.Ushbu strukturani aniqlash mexanizmiga ikkita omil yordam beradi, deb ishoniladi: (1) qobiqning DEL ning radial modulyatsiyasi va (2) elektr maydonining ifloslanishining ta'siri (8-rasm) 145.līngīngīngīngīngīngīnghs > lD145 línėngėngėngėngėngėng > lD145 língíngíngíngíngíngíngíngíngjíngín Issledovateli otmetili, chto kanal provodimosti Kogda hs > lD145 obolochki, kolichestvo nositeley v osnovnom ogranicheno obolochkoy. Tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, o'tkazuvchanlik kanali qobiqning hs > lD145 bo'lganda, tashuvchilar soni asosan qobiq bilan chegaralanadi.Shuning uchun, CSHN asosida sensorning rezistiv modulyatsiyasida DEL qoplamasining radial modulyatsiyasi ustunlik qiladi (8a-rasm).Biroq, qobiqning hs ≤ lD da qobiq tomonidan adsorbsiyalangan kislorod zarralari va CS geterobirikmasida hosil bo'lgan geterobirikma elektronlardan to'liq mahrum bo'ladi. Shuning uchun o'tkazuvchanlik kanali nafaqat qobiq qatlami ichida, balki qisman yadro qismida ham joylashgan, ayniqsa qobiq qatlamining hs < lD. Shuning uchun o'tkazuvchanlik kanali nafaqat qobiq qatlami ichida, balki qisman yadro qismida ham joylashgan, ayniqsa qobiq qatlamining hs < lD. Poetomu kanal provodimosti raspolagaetsya ne tolko vnutri obolochechno sloya, lekin i chastichno v serdtsevinnoy chasti, osobenno pri hs < LD obolochechnoho sloya. Shuning uchun o'tkazuvchanlik kanali nafaqat qobiq qatlami ichida, balki qisman yadro qismida, ayniqsa qobiq qatlamining hs < lD da joylashgan.língíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngīngīng hs < lD mài. Poetomu kanal provodimosti raspolagaetsya ne tolko vnutri obolochki, lekin i chastichno v serdtsevine, osobenno pri hs < LD obolochki. Shuning uchun o'tkazuvchanlik kanali nafaqat qobiq ichida, balki qisman yadroda, ayniqsa qobiqning hs < lD da joylashgan.Bunday holda, to'liq tugagan elektron qobig'i ham, qisman tugagan yadro qatlami ham butun CSHN ning qarshiligini modulyatsiya qilishga yordam beradi, natijada elektr maydonining quyruq effekti paydo bo'ladi (8b-rasm).Ba'zi boshqa tadqiqotlar hs effektini tahlil qilish uchun elektr maydonining dumi o'rniga EDL hajm ulushi tushunchasidan foydalangan100,148.Ushbu ikki hissani hisobga olgan holda, CSHN qarshiligining umumiy modulyatsiyasi 8c-rasmda ko'rsatilganidek, hs g'ilof lD bilan solishtirish mumkin bo'lganda eng katta qiymatga etadi.Shuning uchun CSHN uchun optimal hs lD qobig'iga yaqin bo'lishi mumkin, bu eksperimental kuzatishlarga mos keladi99,144,145,146,149.Bir nechta tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, hs CSHN-ga asoslangan pn-hetero-bo'g'in sensorlarining sezgirligiga ham ta'sir qilishi mumkin40,148.Li va boshqalar.148 va Bai va boshqalar.40 qoplamali ALD siklini o'zgartirib, hs ning TiO2@CuO va ZnO@NiO kabi pn-heterounction CSHN sensorlarining ishlashiga ta'sirini tizimli ravishda o'rganib chiqdi.Natijada, sensorli xatti-harakatlar hs40,148 ortishi bilan p-tipdan n-turiga o'zgardi.Bu xatti-harakatlar dastlab (cheklangan miqdordagi ALD tsikllari bilan) geterostrukturalarni o'zgartirilgan heteronanostrukturalar deb hisoblash mumkinligi bilan bog'liq.Shunday qilib, o'tkazuvchanlik kanali yadro qatlami (p-tipi MOSFET) bilan cheklangan va sensor p-tipli aniqlash xatti-harakatlarini namoyish etadi.ALD davrlarining soni ortib borishi bilan qoplama qatlami (n-tipli MOSFET) kvazi-uzluksiz bo'lib, o'tkazuvchanlik kanali vazifasini bajaradi, natijada n-tipli sezuvchanlik paydo bo'ladi.Shu kabi sensorli o'tish harakati pn tarvaqaylab ketgan heteronanostrukturalar uchun 150,151 haqida xabar berilgan.Chjou va boshqalar.150 Mn3O4 nanosimlari yuzasida Zn2SnO4 tarkibini nazorat qilish orqali Zn2SnO4@Mn3O4 tarvaqaylab ketgan heteronanostrukturalarning sezgirligini tekshirdi.Mn3O4 yuzasida Zn2SnO4 yadrolari hosil bo'lganda, p tipidagi sezgirlik kuzatildi.Zn2SnO4 tarkibining yanada ortishi bilan tarvaqaylab ketgan Zn2SnO4@Mn3O4 heteronanostrukturalari asosidagi sensor n tipidagi sensorning harakatiga o'tadi.
CS nanosimlarining ikki funksiyali sensor mexanizmining kontseptual tavsifi ko'rsatilgan.a Elektron kamaygan qobiqlarning radial modulyatsiyasi tufayli qarshilik modulyatsiyasi, b smearning qarshilik modulyatsiyasiga salbiy ta'siri va c ikkala ta'sirning kombinatsiyasi tufayli CS nanosimlarining umumiy qarshilik modulyatsiyasi 40
Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, II turdagi sensorlar juda ko'p turli xil ierarxik nanostrukturalarni o'z ichiga oladi va sensorning ishlashi o'tkazuvchan kanallarning joylashishiga juda bog'liq.Shuning uchun sensorning o'tkazuvchanlik kanalining holatini nazorat qilish va II turdagi sensorlarning kengaytirilgan sezish mexanizmini o'rganish uchun mos heteronanostrukturali MOS modelidan foydalanish juda muhimdir.
III turdagi sensorli tuzilmalar juda keng tarqalgan emas va o'tkazuvchanlik kanali mos ravishda ikkita elektrodga ulangan ikkita yarimo'tkazgich o'rtasida hosil bo'lgan hetero-o'zaro bog'lanishga asoslangan.Noyob qurilma tuzilmalari odatda mikro ishlov berish texnikasi orqali olinadi va ularning sezish mexanizmlari oldingi ikkita sensorli tuzilmalardan juda farq qiladi.III turdagi sensorning IV egri chizig'i, odatda, hetero-birikma hosil bo'lishi tufayli tipik rektifikatsiya xususiyatlarini namoyish etadi48,152,153.Ideal geterobog'lanishning I-V xarakteristik egri chizig'ini heterobog'lanish to'sig'ining balandligi bo'yicha elektron emissiyasining termion mexanizmi bilan tasvirlash mumkin152,154,155.
Bu erda Va - egilish kuchlanishi, A - qurilma maydoni, k - Boltsman doimiysi, T - mutlaq harorat, q - tashuvchi zaryad, Jn va Jp - mos ravishda teshik va elektron diffuziya oqimi zichligi.IS teskari to'yinganlik oqimini ifodalaydi, quyidagicha aniqlanadi: 152,154,155
Demak, (3) va (4) 156 tenglamalarda ko'rsatilganidek, pn geterobirikmasining umumiy oqimi zaryad tashuvchilar konsentratsiyasining o'zgarishiga va geterobirikma to'sig'i balandligining o'zgarishiga bog'liq.
Bu erda nn0 va pp0 - n-tipli (p-tip) MOSdagi elektronlar (teshiklar) kontsentratsiyasi, \(V_{bi}^0\) o'rnatilgan potentsial, Dp (Dn) - diffuziya koeffitsienti. elektronlar (teshiklar), Ln (Lp ) - elektronlar (teshiklar) ning diffuziya uzunligi, DEv (DEc) - geterobirikmadagi valentlik zonasining (o'tkazuvchanlik zonasi) energiya siljishi.Joriy zichlik tashuvchining zichligiga proportsional bo'lsa-da, u \(V_{bi}^0\) ga eksponensial teskari proportsionaldir.Shuning uchun oqim zichligining umumiy o'zgarishi hetero-birikma to'sig'ining balandligi modulatsiyasiga kuchli bog'liq.
Yuqorida aytib o'tilganidek, getero-nanostrukturali MOSFETlarni yaratish (masalan, I va II turdagi qurilmalar) alohida komponentlar emas, balki sensorning ish faoliyatini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin.III turdagi qurilmalar uchun esa, heteronanostruktura javobi materialning kimyoviy tarkibiga qarab ikkita komponentdan48,153 yoki bitta komponentdan76 yuqori bo'lishi mumkin.Bir nechta hisobotlar shuni ko'rsatdiki, agar komponentlardan biri maqsadli gazga sezgir bo'lmasa, geteronostrukturalarning reaktsiyasi bitta komponentga qaraganda ancha yuqori bo'ladi48,75,76,153.Bunday holda, maqsadli gaz faqat sezgir qatlam bilan o'zaro ta'sir qiladi va sezgir qatlamning Ef siljishiga va geterobirlashma to'sig'i balandligining o'zgarishiga olib keladi.Keyin qurilmaning umumiy oqimi sezilarli darajada o'zgaradi, chunki u tenglamaga ko'ra hetero-birikma to'sig'ining balandligiga teskari bog'liqdir.(3) va (4) 48,76,153.Biroq, agar n-tipli va p-tipli komponentlar maqsadli gazga sezgir bo'lsa, aniqlash samaradorligi ular orasida bo'lishi mumkin.Xose va boshq.76 purkash yo'li bilan gözenekli NiO/SnO2 plyonkasi NO2 datchikini ishlab chiqardi va sensorning sezgirligi faqat NiO asosidagi sensordan yuqori, lekin SnO2 asosidagi sensordan past ekanligini aniqladi.Sensor.Bu hodisa SnO2 va NiO ning NO276 ga qarama-qarshi reaktsiyalar ko'rsatishi bilan bog'liq.Bundan tashqari, ikkala komponentning gaz sezgirligi har xil bo'lganligi sababli, ular oksidlovchi va qaytaruvchi gazlarni aniqlash tendentsiyasiga ega bo'lishi mumkin.Masalan, Kwon va boshqalar.157 9a-rasmda ko'rsatilganidek, NiO / SnO2 pn-hetero-bo'g'inli gaz sensorini oblik püskürtme orqali taklif qildi.Qizig'i shundaki, NiO / SnO2 pn-heterojunction sensori H2 va NO2 uchun bir xil sezgirlik tendentsiyasini ko'rsatdi (9a-rasm).Ushbu natijani hal qilish uchun Kwon va boshqalar.157 tizimli ravishda NO2 va H2 tashuvchining kontsentratsiyasini qanday o'zgartirishini o'rganib chiqdi va IV-xarakteristikalar va kompyuter simulyatsiyalaridan foydalangan holda ikkala materialning \(V_{bi}^0\) sozlandi (9bd-rasm).9b va c rasmlari H2 va NO2 ning mos ravishda p-NiO (pp0) va n-SnO2 (nn0) ga asoslangan sensorlarning tashuvchisi zichligini o'zgartirish qobiliyatini ko'rsatadi.Ular p-tipli NiO ning pp0 miqdori NO2 muhitida biroz o'zgarganligini, H2 muhitida esa keskin o'zgarganligini ko'rsatdi (9b-rasm).Biroq, n-tipli SnO2 uchun nn0 teskari yo'l tutadi (9c-rasm).Ushbu natijalarga asoslanib, mualliflar NiO / SnO2 pn hetero-birikmasi asosida sensorga H2 qo'llanilganda, nn0 ning ortishi Jn ning oshishiga olib keldi va \(V_{bi}^0\) javobning pasayishi (9d-rasm).NO2 taʼsiridan soʻng SnO2 dagi nn0 ning katta kamayishi ham, NiO dagi pp0 ning bir oz ortishi \(V_{bi}^0\) ning katta pasayishiga olib keladi, bu esa hissiy javobning kuchayishini taʼminlaydi (9d-rasm). ) 157 Xulosa qilib aytish mumkinki, tashuvchilar va \(V_{bi}^0\) konsentratsiyasining o'zgarishi umumiy tokning o'zgarishiga olib keladi, bu esa aniqlash qobiliyatiga yanada ta'sir qiladi.
Gaz sensorining sezish mexanizmi III turdagi qurilmaning tuzilishiga asoslanadi.Skanerli elektron mikroskopiya (SEM) tasavvurlar tasvirlari, p-NiO / n-SnO2 nanocoil qurilmasi va H2 va NO2 uchun 200 ° C da p-NiO / n-SnO2 nanocoil heterounction sensori sensori xususiyatlari;b , c-qurilmaning kesma SEM va p-NiO b-qatlami va n-SnO2 c-qatlami bo'lgan qurilmaning simulyatsiya natijalari.b p-NiO sensori va c n-SnO2 sensori quruq havoda va H2 va NO2 ta'siridan keyin I-V xususiyatlarini o'lchaydi va mos keladi.Sentaurus TCAD dasturi yordamida p-NiO dagi b-teshik zichligining ikki o'lchovli xaritasi va n-SnO2 qatlamidagi c-elektronlarning rang shkalasi bilan xaritasi modellashtirildi.d Quruq havoda p-NiO/n-SnO2, atrof-muhitdagi H2 va NO2157 ning 3D xaritasini ko'rsatadigan simulyatsiya natijalari.
Materialning kimyoviy xossalariga qo'shimcha ravishda, III turdagi qurilmaning tuzilishi o'z-o'zidan ishlaydigan gaz sensorlarini yaratish imkoniyatini ko'rsatadi, bu I va II turdagi qurilmalar bilan mumkin emas.O'ziga xos elektr maydoni (BEF) tufayli, pn heterounction diodli tuzilmalar odatda fotovoltaik qurilmalarni qurish uchun ishlatiladi va yorug'lik ostida xona haroratida o'z-o'zidan ishlaydigan fotoelektrik gaz sensorlarini yaratish potentsialini ko'rsatadi74,158,159,160,161.Materiallarning Fermi darajalaridagi farqdan kelib chiqqan geterointerfeysdagi BEF ham elektron teshik juftlarini ajratishga yordam beradi.O'z-o'zidan ishlaydigan fotovoltaik gaz sensorining afzalligi uning kam quvvat iste'molidir, chunki u yorug'lik nurining energiyasini o'zlashtira oladi va keyin tashqi quvvat manbaiga ehtiyoj sezmasdan o'zini yoki boshqa miniatyura qurilmalarini boshqarishi mumkin.Masalan, Tanuma va Sugiyama162 SnO2 asosidagi polikristal CO2 sensorlarini faollashtirish uchun quyosh xujayralari sifatida NiO/ZnO pn hetero-birikmalarini ishlab chiqardilar.Gad va boshqalar.74, 10a-rasmda ko'rsatilganidek, Si / ZnO@CdS pn heterounction asosida o'z-o'zidan ishlaydigan fotovoltaik gaz sensori haqida xabar berdi.Vertikal yo'naltirilgan ZnO nanosimlari to'g'ridan-to'g'ri p-tipli silikon substratlarda Si / ZnO pn hetero-birikmalarini hosil qilish uchun o'stirildi.Keyin CdS nanozarrachalari ZnO nanosimlari yuzasida kimyoviy sirt modifikatsiyasi orqali o'zgartirildi.Shaklda.10a O2 va etanol uchun oflayn Si/ZnO@CdS sensori javob natijalarini ko'rsatadi.Yoritish ostida, Si / ZnO heterointerfeysidagi BEP paytida elektron-teshik juftlarining ajralishi tufayli ochiq zanjirli kuchlanish (Voc) ulangan diodlar soni bilan chiziqli ravishda ortadi74,161.Voc tenglama bilan ifodalanishi mumkin.(5) 156,
Bu yerda ND, NA va Ni mos ravishda donorlar, akseptorlar va ichki tashuvchilarning konsentratsiyasi, k, T va q esa avvalgi tenglamadagi kabi parametrlardir.Oksidlovchi gazlar ta'sirida ular ZnO nanosimlardan elektronlarni ajratib olishadi, bu esa \(N_D^{ZnO}\) va Voc ning pasayishiga olib keladi.Aksincha, gazning kamayishi Vocning oshishiga olib keldi (10a-rasm).ZnO ni CdS nanozarrachalari bilan bezashda CdS nanozarralaridagi fotoqo'zg'aluvchi elektronlar ZnO ning o'tkazuvchanlik zonasiga yuboriladi va adsorbsiyalangan gaz bilan o'zaro ta'sir qiladi va shu bilan idrok etish samaradorligini oshiradi74,160.Si / ZnO ga asoslangan shunga o'xshash o'z-o'zidan ishlaydigan fotovoltaik gaz sensori Hoffmann va boshqalar tomonidan xabar qilingan.160, 161 (10b-rasm).Bu sensor amin-funktsional ZnO nanopartikullari ([3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoksisilan) (amino-funktsional-SAM) va tiol ((3-merkaptopropil)-funksionallashtirilgan, ish funksiyasini sozlash uchun bir qator yordamida tayyorlanishi mumkin. NO2 (trimetoksisilan) ni tanlab aniqlash uchun maqsadli gazning (tiol-funktsionallashtirilgan-SAM)) (10b-rasm) 74,161.
III turdagi qurilmaning tuzilishiga asoslangan o'z-o'zidan ishlaydigan fotoelektrik gaz sensori.Si/ZnO@CdS asosidagi o'z-o'zidan ishlaydigan fotovoltaik gaz sensori, o'z-o'zidan ishlaydigan sensorli mexanizm va quyosh nuri ostida oksidlangan (O2) va qaytarilgan (1000 ppm etanol) gazlarga javob berish;74b Si ZnO/ZnO datchiklariga asoslangan o'z-o'zidan ishlaydigan fotovoltaik gaz sensori va terminal aminlar va tiollar bilan ZnO SAM funksionallashtirilgandan so'ng turli gazlarga sensor javoblari 161
Shuning uchun III turdagi sensorlarning sezgir mexanizmini muhokama qilishda, hetero-birikma to'sig'ining balandligidagi o'zgarishlarni va gazning tashuvchining kontsentratsiyasiga ta'sir qilish qobiliyatini aniqlash muhimdir.Bundan tashqari, yorug'lik gazlar bilan reaksiyaga kirishadigan fotogeneratsiyalangan tashuvchilarni yaratishi mumkin, bu esa o'z-o'zidan ishlaydigan gazni aniqlash uchun istiqbollidir.
Ushbu adabiyotni ko'rib chiqishda muhokama qilinganidek, sensorning ishlashini yaxshilash uchun ko'plab turli xil MOS heteronanostrukturalari ishlab chiqilgan.Web of Science ma'lumotlar bazasida turli xil kalit so'zlar (metall oksidi kompozitlari, yadro qobig'i metall oksidlari, qatlamli metall oksidlari va o'z-o'zidan ishlaydigan gaz analizatorlari), shuningdek, o'ziga xos xususiyatlar (ko'plik, sezgirlik / selektivlik, energiya ishlab chiqarish salohiyati, ishlab chiqarish) qidirildi. .Usul Ushbu uchta qurilmadan uchtasining xarakteristikalari 2-jadvalda ko'rsatilgan. Yuqori samarali gaz sensorlari uchun umumiy dizayn konsepsiyasi Yamazoe tomonidan taklif qilingan uchta asosiy omilni tahlil qilish orqali muhokama qilinadi.MOS Geterostruktura datchiklari uchun mexanizmlar Gaz datchiklariga ta'sir etuvchi omillarni tushunish uchun turli MOS parametrlari (masalan, don hajmi, ish harorati, nuqson va kislorodning bo'sh zichligi, ochiq kristall tekisliklari) diqqat bilan o'rganildi.Sensorning sezgir xatti-harakatlari uchun ham muhim bo'lgan qurilma tuzilishi e'tibordan chetda qoldi va kamdan-kam muhokama qilindi.Ushbu sharhda qurilma tuzilishining uchta tipik turini aniqlashning asosiy mexanizmlari muhokama qilinadi.
I-toifa sensordagi sezuvchi materialning don o'lchami tuzilishi, ishlab chiqarish usuli va hetero-birikmalar soni sensorning sezgirligiga katta ta'sir ko'rsatishi mumkin.Bundan tashqari, sensorning xatti-harakatiga komponentlarning molyar nisbati ham ta'sir qiladi.II turdagi qurilma tuzilmalari (dekorativ heteronanostrukturalar, ikki yoki ko'p qatlamli plyonkalar, HSSNlar) ikki yoki undan ortiq komponentlardan tashkil topgan eng mashhur qurilma tuzilmalari bo'lib, elektrodga faqat bitta komponent ulanadi.Ushbu qurilma tuzilishi uchun o'tkazuvchanlik kanallarining joylashishini va ularning nisbiy o'zgarishlarini aniqlash idrok mexanizmini o'rganishda juda muhimdir.II turdagi qurilmalar juda ko'p turli xil ierarxik geteronostrukturalarni o'z ichiga olganligi sababli, ko'plab turli xil sezish mexanizmlari taklif qilingan.III tip sezgi tuzilmasida o‘tkazuvchanlik kanalida geterobo‘g‘inda hosil bo‘lgan geterobirikma ustunlik qiladi va sezish mexanizmi butunlay boshqacha.Shuning uchun, maqsadli gaz III turdagi sensorga ta'sir qilgandan so'ng, hetero-birikma to'sig'ining balandligidagi o'zgarishlarni aniqlash muhim ahamiyatga ega.Ushbu dizayn yordamida quvvat sarfini kamaytirish uchun o'z-o'zidan ishlaydigan fotovoltaik gaz datchiklari tayyorlanishi mumkin.Biroq, hozirgi ishlab chiqarish jarayoni ancha murakkab bo'lgani uchun va sezuvchanlik an'anaviy MOS-ga asoslangan kimyoviy chidamli gaz sensorlariga qaraganda ancha past bo'lganligi sababli, o'z-o'zidan ishlaydigan gaz sensorlarini tadqiq qilishda hali ham ko'p yutuqlar mavjud.
Ierarxik heteronanostrukturali gaz MOS sensorlarining asosiy afzalliklari tezlik va yuqori sezuvchanlikdir.Biroq, MOS gaz sensorlarining ba'zi asosiy muammolari (masalan, yuqori ish harorati, uzoq muddatli barqarorlik, yomon selektivlik va takror ishlab chiqarish, namlik ta'siri va boshqalar) hali ham mavjud va ularni amaliy qo'llanmalarda ishlatishdan oldin hal qilish kerak.Zamonaviy MOS gaz sensorlari odatda yuqori haroratlarda ishlaydi va ko'p quvvat sarflaydi, bu sensorning uzoq muddatli barqarorligiga ta'sir qiladi.Ushbu muammoni hal qilishda ikkita umumiy yondashuv mavjud: (1) kam quvvatli sensor chiplarini ishlab chiqish;(2) past haroratda yoki hatto xona haroratida ishlay oladigan yangi sezgir materiallarni ishlab chiqish.Kam quvvatli datchik chiplarini ishlab chiqishga yondashuvlardan biri keramika va kremniyga asoslangan mikroisituvchi plitalarni ishlab chiqarish orqali sensorning o'lchamini minimallashtirishdir163.Seramika asosidagi mikro isitish plitalari har bir sensor uchun taxminan 50-70 mV quvvat sarflaydi, optimallashtirilgan kremniy asosidagi mikro isitish plitalari esa 300 °C da doimiy ishlaganda har bir sensor uchun 2 mVt dan kam quvvat iste'mol qilishi mumkin163,164.Yangi sensorli materiallarni ishlab chiqish ish haroratini pasaytirish orqali quvvat sarfini kamaytirishning samarali usuli hisoblanadi va sensor barqarorligini ham yaxshilashi mumkin.Sensorning sezgirligini oshirish uchun MOS o'lchamini kamaytirish davom etar ekan, MOSning termal barqarorligi ko'proq qiyinchilik tug'diradi, bu esa sensor signalida driftga olib kelishi mumkin165.Bundan tashqari, yuqori harorat materiallarning heterointerfeysda tarqalishiga va aralash fazalarning shakllanishiga yordam beradi, bu sensorning elektron xususiyatlariga ta'sir qiladi.Tadqiqotchilar sensorning tegmaslik ish haroratini mos sensorli materiallarni tanlash va MOS heteronanostrukturalarini ishlab chiqish orqali kamaytirish mumkinligini xabar qiladilar.Yuqori kristalli MOS heteronanostrukturalarini ishlab chiqarish uchun past haroratli usulni izlash barqarorlikni yaxshilashning yana bir istiqbolli yondashuvidir.
MOS sensorlarining selektivligi yana bir amaliy muammodir, chunki turli gazlar maqsadli gaz bilan birga mavjud, MOS sensorlari ko'pincha bir nechta gazga sezgir va ko'pincha o'zaro sezgirlikni namoyish etadi.Shuning uchun sensorning maqsadli gazga va boshqa gazlarga nisbatan selektivligini oshirish amaliy dasturlar uchun juda muhimdir.So'nggi bir necha o'n yilliklar davomida tanlov qisman "elektron burunlar (E-burun)" deb nomlangan gaz sensorlari majmualarini yaratish orqali hal qilindi, masalan, vektor kvantlash (LVQ), asosiy komponentlar tahlili (PCA), va boshqalar e.Jinsiy muammolar.Qisman eng kichik kvadratlar (PLS) va boshqalar 31, 32, 33, 34. Elektron burunlarning qobiliyatini yaxshilash uchun ikkita asosiy omil (sezgi materialining turiga chambarchas bog'liq bo'lgan sensorlar soni va hisoblash tahlili) juda muhimdir. gazlarni aniqlash uchun169.Biroq, sensorlar sonini ko'paytirish odatda ko'plab murakkab ishlab chiqarish jarayonlarini talab qiladi, shuning uchun elektron burunlarning ish faoliyatini yaxshilash uchun oddiy usulni topish juda muhimdir.Bundan tashqari, MOSni boshqa materiallar bilan o'zgartirish ham sensorning selektivligini oshirishi mumkin.Masalan, NP Pd bilan modifikatsiyalangan MOS ning yaxshi katalitik faolligi tufayli H2 ni tanlab aniqlashga erishish mumkin.So'nggi yillarda ba'zi tadqiqotchilar MOS MOF sirtini o'lchamni istisno qilish orqali sensorning selektivligini yaxshilash uchun qopladilar171,172.Ushbu ishdan ilhomlangan holda, materialning funktsionalizatsiyasi qandaydir tarzda selektivlik muammosini hal qilishi mumkin.Biroq, to'g'ri materialni tanlashda hali ko'p ish qilish kerak.
Bir xil sharoit va usullarda ishlab chiqarilgan datchiklarning xarakteristikasining takrorlanishi keng ko'lamli ishlab chiqarish va amaliy qo'llash uchun yana bir muhim talabdir.Odatda, santrifüj va daldırma usullari yuqori o'tkazuvchan gaz sensorlarini ishlab chiqarish uchun arzon usullardir.Biroq, bu jarayonlar davomida sezgir material to'planishga moyil bo'lib, sezgir material va substrat o'rtasidagi munosabatlar zaiflashadi68, 138, 168. Natijada, sensorning sezgirligi va barqarorligi sezilarli darajada yomonlashadi va ishlash takrorlanadi.Sputtering, ALD, impulsli lazerli cho'kma (PLD) va jismoniy bug 'birikishi (PVD) kabi boshqa ishlab chiqarish usullari to'g'ridan-to'g'ri naqshli kremniy yoki alumina substratlarida ikki qatlamli yoki ko'p qatlamli MOS plyonkalarini ishlab chiqarishga imkon beradi.Ushbu usullar sezgir materiallarning to'planishiga yo'l qo'ymaydi, sensorlarning takrorlanishini ta'minlaydi va planar yupqa plyonkali sensorlarni keng miqyosda ishlab chiqarishning maqsadga muvofiqligini ko'rsatadi.Biroq, bu tekis plyonkalarning sezgirligi, odatda, kichik o'ziga xos sirt maydoni va past gaz o'tkazuvchanligi tufayli 3D nanostrukturali materiallardan ancha pastroqdir41,174.Strukturaviy mikroarraylarda ma'lum joylarda MOS heteronanostrukturalarini o'stirish va sezgir materiallarning o'lchamini, qalinligini va morfologiyasini aniq nazorat qilishning yangi strategiyalari yuqori takrorlanuvchanlik va sezgirlikka ega gofret darajasidagi sensorlarni arzon narxlarda ishlab chiqarish uchun juda muhimdir.Masalan, Liu va boshqalar.174 ma'lum joylarda Ni (OH) 2 nanoto'plamlarini o'stirish orqali yuqori o'tkazuvchan kristallitlarni ishlab chiqarish uchun yuqoridan pastga va pastdan yuqoriga birlashtirilgan strategiyani taklif qildi..Mikroburnerlar uchun gofretlar.
Bundan tashqari, amaliy dasturlarda namlikning sensorga ta'sirini ham hisobga olish kerak.Suv molekulalari sensor materiallaridagi adsorbsiya joylari uchun kislorod molekulalari bilan raqobatlasha oladi va sensorning maqsadli gaz uchun javobgarligiga ta'sir qiladi.Kislorod singari, suv ham fizik sorbsiya orqali molekula rolini o'ynaydi, shuningdek, kimyoviy sorbtsiya orqali turli oksidlanish stantsiyalarida gidroksil radikallari yoki gidroksil guruhlari shaklida mavjud bo'lishi mumkin.Bundan tashqari, atrof-muhitning yuqori darajasi va o'zgaruvchan namligi tufayli sensorning maqsadli gazga ishonchli javob berishi katta muammo hisoblanadi.Ushbu muammoni hal qilish uchun gazni oldindan konsentratsiyalash177, namlikni qoplash va o'zaro reaktiv panjara usullari178, shuningdek quritish usullari179,180 kabi bir qancha strategiyalar ishlab chiqilgan.Biroq, bu usullar qimmat, murakkab va sensorning sezgirligini kamaytiradi.Namlik ta'sirini bostirish uchun bir nechta arzon strategiyalar taklif qilingan.Masalan, SnO2 ni Pd nanozarrachalari bilan bezash adsorbsiyalangan kislorodning anion zarrachalariga aylanishiga yordam beradi, SnO2 ni NiO va CuO kabi suv molekulalariga yuqori yaqinlikdagi materiallar bilan funksionallashtirish namlikning suv molekulalariga qaramligini oldini olishning ikkita usuli hisoblanadi..Datchiklar 181, 182, 183. Bundan tashqari, namlik ta'sirini hidrofobik yuzalarni hosil qilish uchun hidrofobik materiallar yordamida ham kamaytirish mumkin36,138,184,185.Biroq, namlikka chidamli gaz sensorlarini ishlab chiqish hali ham dastlabki bosqichda va bu muammolarni hal qilish uchun yanada ilg'or strategiyalar talab qilinadi.
Xulosa qilib aytganda, MOS heteronanostrukturalarini yaratish orqali aniqlash samaradorligini oshirishga (masalan, sezgirlik, selektivlik, past optimal ish harorati) erishildi va turli xil takomillashtirilgan aniqlash mexanizmlari taklif qilindi.Muayyan sensorni sezish mexanizmini o'rganishda qurilmaning geometrik tuzilishini ham hisobga olish kerak.Gaz sensorlarining ish faoliyatini yanada yaxshilash va kelajakda qolgan muammolarni hal qilish uchun yangi sensorli materiallar va ilg'or ishlab chiqarish strategiyalari bo'yicha tadqiqotlar talab etiladi.Sensor xususiyatlarini nazorat ostida sozlash uchun sensor materiallarining sintetik usuli va heteronanostrukturalar funktsiyasi o'rtasidagi munosabatlarni muntazam ravishda qurish kerak.Bundan tashqari, zamonaviy tavsiflash usullaridan foydalangan holda sirt reaktsiyalari va geterointerfeyslardagi o'zgarishlarni o'rganish ularni idrok etish mexanizmlarini yoritishga yordam beradi va geteronostrukturali materiallarga asoslangan sensorlarni ishlab chiqish bo'yicha tavsiyalar beradi.Nihoyat, zamonaviy sensor ishlab chiqarish strategiyalarini o'rganish sanoatda qo'llanilishi uchun gofret darajasida miniatyura gaz sensorlarini ishlab chiqarishga imkon beradi.
Genzel, NN va boshqalar.Shahar joylarida astma bilan og'rigan bolalarda yopiq azot dioksidi darajasi va nafas olish belgilarini uzunlamasına o'rganish.Turar joy dahasi.Salomatlik nuqtai nazari.116, 1428–1432 (2008).


Yuborilgan vaqt: 2022 yil 04-noyabr