• Daxili karbon monoksit karbon qazı metan xlor və digər çox parametrli qaz detektoru siqnalizasiya cihazı

Daxili karbon monoksit karbon qazı metan xlor və digər çox parametrli qaz detektoru siqnalizasiya cihazı

Ətraf mühitin monitorinqi, təhlükəsizlik, tibbi diaqnostika və kənd təsərrüfatı sahələrində yüksək performanslı, portativ və miniatürləşdirilmiş qaz sensorlarının inkişafı diqqəti artırmaqdadır.Müxtəlif aşkarlama alətləri arasında metal-oksid-yarımkeçirici (MOS) kimyəvi müqavimətli qaz sensorları yüksək sabitliyə, aşağı qiymətə və yüksək həssaslığa görə kommersiya tətbiqləri üçün ən populyar seçimdir.Sensorun işini daha da yaxşılaşdırmaq üçün ən mühüm yanaşmalardan biri MOS nanomateriallarından nanoölçülü MOS əsaslı heteroqovuşmaların (hetero-nanostrukturlu MOS) yaradılmasıdır.Bununla belə, heteronanostrukturlu MOS sensorunun hissetmə mexanizmi tək MOS qaz sensorundan fərqlidir, çünki o, kifayət qədər mürəkkəbdir.Sensorun işinə müxtəlif parametrlər, o cümlədən həssas materialın fiziki və kimyəvi xassələri (taxıl ölçüsü, qüsur sıxlığı və materialın oksigen boşluqları), işləmə temperaturu və cihazın quruluşu təsir göstərir.Bu baxış heterojen nanostrukturlu MOS sensorlarının hissetmə mexanizmini təhlil edərək yüksək performanslı qaz sensorlarının dizaynı üçün bir neçə konsepsiya təqdim edir.Bundan əlavə, həssas material və işçi elektrod arasındakı əlaqə ilə təyin olunan cihazın həndəsi strukturunun təsiri müzakirə olunur.Sensor davranışını sistemli şəkildə öyrənmək üçün bu məqalə müxtəlif heteronanostrukturlu materiallara əsaslanan cihazların üç tipik həndəsi strukturunun qavranılmasının ümumi mexanizmini təqdim edir və müzakirə edir.Bu icmal qaz sensorlarının həssas mexanizmlərini öyrənən və yüksək performanslı qaz sensorlarını inkişaf etdirən gələcək oxucular üçün bələdçi kimi xidmət edəcəkdir.
Havanın çirklənməsi getdikcə daha ciddi problemdir və insanların və canlıların rifahını təhdid edən ciddi qlobal ekoloji problemdir.Qaz halında olan çirkləndiricilərin inhalyasiyası tənəffüs xəstəlikləri, ağciyər xərçəngi, leykemiya və hətta vaxtından əvvəl ölüm kimi bir çox sağlamlıq problemlərinə səbəb ola bilər1,2,3,4.2012-ci ildən 2016-cı ilə qədər milyonlarla insanın havanın çirklənməsindən öldüyü və hər il milyardlarla insanın pis hava keyfiyyətinə məruz qaldığı bildirilir5.Buna görə də, real vaxt rejimində əks əlaqə və yüksək aşkarlama performansını (məsələn, həssaslıq, seçicilik, sabitlik, cavab və bərpa vaxtları) təmin edə bilən portativ və miniatürləşdirilmiş qaz sensorlarının hazırlanması vacibdir.Ətraf mühitin monitorinqi ilə yanaşı, qaz sensorları təhlükəsizlik6,7,8, tibbi diaqnostika9,10, akvakultura11 və digər sahələrdə12 mühüm rol oynayır.
Bu günə qədər optik13,14,15,16,17,18, elektrokimyəvi19,20,21,22 və kimyəvi müqavimətli sensorlar23,24 kimi müxtəlif sensor mexanizmlərinə əsaslanan bir neçə portativ qaz sensorları təqdim edilmişdir.Onların arasında metal-oksid-yarımkeçirici (MOS) kimyəvi müqavimətli sensorlar yüksək sabitliyə və aşağı qiymətə görə kommersiya tətbiqlərində ən populyardır25,26.Çirkləndirici konsentrasiyası sadəcə MOS müqavimətindəki dəyişikliyi aşkar etməklə müəyyən edilə bilər.1960-cı illərin əvvəllərində ZnO nazik təbəqələrinə əsaslanan ilk kimyəvi müqavimətli qaz sensorları haqqında məlumat verildi və qazın aşkarlanması sahəsində böyük maraq yarandı27,28.Bu gün qaza həssas materiallar kimi bir çox müxtəlif MOS istifadə olunur və fiziki xassələrinə görə onları iki kateqoriyaya bölmək olar: əksər yük daşıyıcıları kimi elektronları olan n-tipli MOS və əksər yük daşıyıcıları kimi dəlikli p-tipli MOS.yük daşıyıcıları.Ümumiyyətlə, p-tipli MOS n-tipli MOS-dan daha az populyardır, çünki p-tipli MOS-un (Sp) induktiv reaksiyası n-tipli MOS-un kvadrat kökü ilə mütənasibdir (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) eyni fərziyyələrlə (məsələn, eyni morfoloji quruluş və havada lentlərin əyilməsində eyni dəyişiklik) 29,30.Bununla belə, tək əsaslı MOS sensorları hələ də praktik tətbiqlərdə qeyri-kafi aşkarlama limiti, aşağı həssaslıq və seçicilik kimi problemlərlə üzləşirlər.Seçicilik problemləri müəyyən dərəcədə sensorlar massivlərini (“elektron burunlar” adlanır) yaratmaqla və vektorun kvantlaşdırılması (LVQ), əsas komponent analizi (PCA) və qismən ən kiçik kvadratlar (PLS) analizi kimi hesablama analizi alqoritmlərini daxil etməklə həll edilə bilər31 , 32, 33, 34, 35. Bundan əlavə, aşağı ölçülü MOS32,36,37,38,39 (məsələn, birölçülü (1D), 0D və 2D nanomateriallar), eləcə də digər nanomaterialların istifadəsi ( məsələn, MOS40,41,42, nəcib metal nanohissəcikləri (NPs))43,44, karbon nanomaterialları45,46 və keçirici polimerlər47,48) nanoölçülü heteroqovuşmalar (yəni, heteronanostrukturlu MOS) yaratmaq üçün yuxarıdakı problemləri həll etmək üçün üstünlük verilən digər yanaşmalardır.Ənənəvi qalın MOS filmləri ilə müqayisədə, yüksək spesifik səth sahəsinə malik aşağı ölçülü MOS qazın adsorbsiyası üçün daha aktiv yerlər təmin edə və qazın yayılmasını asanlaşdıra bilər36,37,49.Bundan əlavə, MOS əsaslı heteronanostrukturların dizaynı heterointerfeysdə daşıyıcı nəqliyyatı daha da sazlaya bilər, nəticədə müxtəlif əməliyyat funksiyaları səbəbindən müqavimətdə böyük dəyişikliklər baş verir50,51,52.Bundan əlavə, MOS heteronanostrukturlarının dizaynında baş verən bəzi kimyəvi təsirlər (məsələn, katalitik aktivlik və sinergetik səth reaksiyaları) da sensorun işini yaxşılaşdıra bilər.50,53,54 Baxmayaraq ki, MOS heteronanostrukturlarının layihələndirilməsi və hazırlanması təkmilləşdirmək üçün perspektivli bir yanaşma olardı. sensor performansı, müasir kimyəvi müqavimətli sensorlar adətən sınaq və səhvdən istifadə edir ki, bu da vaxt aparan və səmərəsizdir.Buna görə də, MOS əsaslı qaz sensorlarının hissetmə mexanizmini başa düşmək vacibdir, çünki o, yüksək performanslı istiqamətləndirici sensorların dizaynına rəhbərlik edə bilər.
Son illərdə MOS qaz sensorları sürətlə inkişaf etmiş və MOS nanostrukturları55,56,57, otaq temperaturu qaz sensorları58,59, xüsusi MOS sensor materialları60,61,62 və xüsusi qaz sensorları63 haqqında bəzi hesabatlar dərc edilmişdir."Digər Rəylər" jurnalında dərc olunmuş araşdırma məqaləsi, oksigen boşluqlarının rolu 64, heteronanostrukturların rolu 55, 65 və heterointerfeyslərdə yük transferi 66 daxil olmaqla, MOS-un daxili fiziki və kimyəvi xassələrinə əsaslanan qaz sensorlarının hissetmə mexanizminin aydınlaşdırılmasına yönəlmişdir. , bir çox digər parametrlər heterostruktur, taxıl ölçüsü, iş temperaturu, qüsur sıxlığı, oksigen boşluqları və hətta həssas materialın açıq kristal müstəviləri daxil olmaqla sensorun işinə təsir göstərir25,67,68,69,70,71.72, 73. Bununla belə, sensor material və işçi elektrod arasındakı əlaqə ilə müəyyən edilən cihazın (nadir hallarda qeyd olunan) həndəsi quruluşu da sensorun həssaslığına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir74,75,76 (daha ətraflı məlumat üçün 3-cü bölməyə baxın) .Məsələn, Kumar et al.77 eyni materiala əsaslanan iki qaz sensoru (məsələn, TiO2@NiO və NiO@TiO2 əsasında iki qatlı qaz sensorları) haqqında məlumat verdi və cihazın müxtəlif həndəsələrinə görə NH3 qaz müqavimətində fərqli dəyişiklikləri müşahidə etdi.Buna görə də, qaz sensoru mexanizmini təhlil edərkən cihazın strukturunu nəzərə almaq vacibdir.Bu araşdırmada müəlliflər müxtəlif heterojen nanostrukturlar və cihaz strukturları üçün MOS əsaslı aşkarlama mexanizmlərinə diqqət yetirirlər.İnanırıq ki, bu baxış qaz aşkarlama mexanizmlərini anlamaq və təhlil etmək istəyən oxucular üçün bələdçi ola bilər və gələcək yüksək performanslı qaz sensorlarının inkişafına töhfə verə bilər.
Əncirdə.Şəkil 1a tək MOS-a əsaslanan qaz sensoru mexanizminin əsas modelini göstərir.Temperatur yüksəldikcə, MOS səthində oksigen (O2) molekullarının adsorbsiyası MOS-dan elektronları cəlb edəcək və anion növləri (O2- və O- kimi) meydana gətirəcəkdir.Daha sonra MOS 15, 23, 78-in səthində n tipli MOS üçün elektron tükənmə təbəqəsi (EDL) və ya p tipli MOS üçün deşik toplama təbəqəsi (HAL) əmələ gəlir. MOS, MOS səthinin keçirici zolağının yuxarıya doğru əyilməsinə və potensial maneə əmələ gəlməsinə səbəb olur.Sonradan, sensor hədəf qaza məruz qaldıqda, MOS səthində adsorbsiya olunan qaz ya elektronları cəlb edərək (oksidləşdirici qaz) və ya elektronları (qazı azaldan) ianə edərək ion oksigen növləri ilə reaksiya verir.Hədəf qazı və MOS arasında elektron ötürülməsi EDL və ya HAL30,81-in genişliyini tənzimləyə bilər, nəticədə MOS sensorunun ümumi müqavimətində dəyişiklik olur.Məsələn, azaldan bir qaz üçün elektronlar azaldan qazdan n-tipli MOS-a köçürüləcək, nəticədə daha aşağı EDL və daha aşağı müqavimətlə nəticələnəcək, buna n-tipli sensor davranışı deyilir.Bunun əksinə olaraq, p tipli MOS, p tipli həssaslıq davranışını təyin edən azaldıcı qaza məruz qaldıqda, HAL kiçilir və elektron ianə səbəbindən müqavimət artır.Oksidləşdirici qazlar üçün sensorun reaksiyası qazları azaldan reaksiyanın əksinədir.
Qazların azaldılması və oksidləşməsi üçün n tipli və p tipli MOS üçün əsas aşkarlama mexanizmləri b Yarımkeçirici qaz sensorlarında iştirak edən əsas amillər və fiziki-kimyəvi və ya maddi xassələr 89
Əsas aşkarlama mexanizmindən başqa, praktiki qaz sensorlarında istifadə olunan qaz aşkarlama mexanizmləri olduqca mürəkkəbdir.Məsələn, qaz sensorunun faktiki istifadəsi istifadəçinin ehtiyaclarından asılı olaraq bir çox tələblərə (həssaslıq, seçicilik və sabitlik kimi) cavab verməlidir.Bu tələblər həssas materialın fiziki və kimyəvi xassələri ilə sıx bağlıdır.Məsələn, Xu və digərləri71 nümayiş etdirdilər ki, SnO2 əsaslı sensorlar kristal diametri (d) SnO271-in Debye uzunluğuna (λD) bərabər və ya ondan iki dəfə az olduqda ən yüksək həssaslığa nail olurlar.d ≤ 2λD olduqda, O2 molekullarının adsorbsiyasından sonra SnO2 tamamilə tükənir və sensorun azaldan qaza reaksiyası maksimum olur.Bundan əlavə, müxtəlif digər parametrlər sensorun işinə təsir edə bilər, o cümlədən iş temperaturu, kristal qüsurları və hətta həssas materialın açıq kristal müstəviləri.Xüsusilə, iş temperaturunun təsiri hədəf qazın adsorbsiya və desorbsiya sürətləri, həmçinin adsorbsiya edilmiş qaz molekulları və oksigen hissəcikləri arasında səth reaktivliyi arasında mümkün rəqabətlə izah olunur4,82.Kristal qüsurlarının təsiri oksigen boşluqlarının məzmunu ilə güclü şəkildə bağlıdır [83, 84].Sensorun işinə açıq kristal üzlərin müxtəlif reaktivliyi də təsir edə bilər67,85,86,87.Daha aşağı sıxlığa malik açıq kristal müstəvilər səthin adsorbsiyasını və reaktivliyini təşviq edən daha yüksək enerjili daha çox əlaqələndirilməmiş metal kationlarını aşkar edir88.Cədvəl 1-də bir neçə əsas amil və onlarla əlaqəli təkmilləşdirilmiş qavrayış mexanizmləri verilmişdir.Buna görə də, bu material parametrlərini tənzimləməklə aşkarlama performansını yaxşılaşdırmaq olar və sensorun işinə təsir edən əsas amilləri müəyyən etmək çox vacibdir.
Yamazoe89 və Shimanoe et al.68,71 sensor qavrayışının nəzəri mexanizmi üzərində bir sıra tədqiqatlar aparmış və sensorun işinə təsir edən üç müstəqil əsas amil, xüsusilə də reseptor funksiyası, transduser funksiyası və faydalılıq təklif etmişlər (Şəkil 1b)..Reseptor funksiyası MOS səthinin qaz molekulları ilə qarşılıqlı əlaqə qabiliyyətinə aiddir.Bu funksiya MOS-un kimyəvi xassələri ilə sıx bağlıdır və xarici qəbuledicilərin (məsələn, metal NP və digər MOS) tətbiqi ilə əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıla bilər.Transduser funksiyası qaz və MOS səthi arasındakı reaksiyanı MOS-un taxıl sərhədlərinin üstünlük təşkil etdiyi elektrik siqnalına çevirmək qabiliyyətinə aiddir.Beləliklə, duyğu funksiyası MOC hissəcik ölçüsündən və xarici reseptorların sıxlığından əhəmiyyətli dərəcədə təsirlənir.Katoch və digərləri 90 bildirdilər ki, ZnO-SnO2 nanofibrillərinin taxıl ölçüsünün azalması transduser funksionallığına uyğun olaraq çoxsaylı heteroqovuşmaların əmələ gəlməsi və sensor həssaslığının artması ilə nəticələndi.Wang et al.91 Zn2GeO4-ün müxtəlif taxıl ölçülərini müqayisə etdi və taxıl sərhədlərini təqdim etdikdən sonra sensorun həssaslığında 6,5 ​​dəfə artım nümayiş etdirdi.Utility daxili MOS strukturunda qazın mövcudluğunu təsvir edən başqa bir əsas sensor performans amilidir.Qaz molekulları daxili MOS-a nüfuz edə və reaksiya verə bilmirsə, sensorun həssaslığı azalacaq.Faydalılıq müəyyən bir qazın diffuziya dərinliyi ilə sıx bağlıdır, bu da hissiyyat materialının məsamə ölçüsündən asılıdır.Sakai və başqaları.92 sensorun tüstü qazlarına həssaslığını modelləşdirdi və aşkar etdi ki, həm qazın molekulyar çəkisi, həm də sensor membranının məsamə radiusu sensor membranında müxtəlif qaz diffuziya dərinliklərində sensorun həssaslığına təsir göstərir.Yuxarıdakı müzakirə göstərir ki, yüksək performanslı qaz sensorları reseptor funksiyasını, transduser funksiyasını və faydalılığı tarazlaşdırmaq və optimallaşdırmaqla hazırlana bilər.
Yuxarıdakı iş vahid MOS-un əsas qavrayış mexanizmini aydınlaşdırır və MOS-un fəaliyyətinə təsir edən bir neçə amili müzakirə edir.Bu amillərə əlavə olaraq, heterostrukturlara əsaslanan qaz sensorları sensor və reseptor funksiyalarını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaqla sensorun işini daha da yaxşılaşdıra bilər.Bundan əlavə, heteronanostrukturlar katalitik reaksiyaları artırmaq, yük ötürülməsini tənzimləmək və daha çox adsorbsiya sahələri yaratmaqla sensorun işini daha da yaxşılaşdıra bilər.Bu günə qədər MOS heteronanostrukturlarına əsaslanan bir çox qaz sensorları təkmilləşdirilmiş hissetmə mexanizmlərini müzakirə etmək üçün tədqiq edilmişdir95,96,97.Miller və başqaları.55, səthdən asılı, interfeysdən asılı və strukturdan asılı da daxil olmaqla, heteronanostrukturların həssaslığını yaxşılaşdıra biləcək bir neçə mexanizmi ümumiləşdirdi.Onların arasında interfeysdən asılı gücləndirmə mexanizmi bütün interfeys qarşılıqlı təsirlərini bir nəzəriyyədə əhatə etmək üçün çox mürəkkəbdir, çünki heteronanostrukturlu materiallara əsaslanan müxtəlif sensorlar (məsələn, nn-heteroqovuşma, pn-heteroqovuşma, pp-heteroqovuşma və s.) istifadə edilə bilər. .Şottki düyünü).Tipik olaraq, MOS əsaslı heteronanostrukturlu sensorlar həmişə iki və ya daha çox inkişaf etmiş sensor mexanizmləri ehtiva edir98,99,100.Bu gücləndirmə mexanizmlərinin sinergik təsiri sensor siqnallarının qəbulunu və işlənməsini gücləndirə bilər.Beləliklə, heterojen nanostrukturlu materiallara əsaslanan sensorların qavranılması mexanizmini başa düşmək tədqiqatçılara ehtiyaclarına uyğun olaraq aşağıdan yuxarı qaz sensorlarını inkişaf etdirməyə kömək etmək üçün çox vacibdir.Bundan əlavə, cihazın həndəsi strukturu da sensorun 74, 75, 76 həssaslığına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər. Sensorun davranışını sistematik şəkildə təhlil etmək üçün müxtəlif heteronanostrukturlu materiallar əsasında üç cihaz strukturunun hissetmə mexanizmləri təqdim olunacaq. və aşağıda müzakirə olunur.
MOS əsaslı qaz sensorlarının sürətli inkişafı ilə müxtəlif hetero-nanostrukturlu MOS təklif edilmişdir.Heterointerfeysdə yük ötürülməsi komponentlərin müxtəlif Fermi səviyyələrindən (Ef) asılıdır.Heterointerfeysdə elektronlar Fermi səviyyələri tarazlığa çatana qədər daha böyük Ef olan bir tərəfdən digər tərəfə daha kiçik Ef ilə hərəkət edirlər və əksinə.Sonra heterointerfeysdəki daşıyıcılar tükənir və tükənmiş təbəqə əmələ gətirir.Sensor hədəf qaza məruz qaldıqdan sonra, heteronanostrukturlu MOS daşıyıcısının konsentrasiyası maneə hündürlüyü kimi dəyişir və bununla da aşkarlama siqnalını artırır.Bundan əlavə, heteronanostrukturların hazırlanmasının müxtəlif üsulları materiallar və elektrodlar arasında fərqli əlaqələrə gətirib çıxarır ki, bu da cihazın müxtəlif həndəsələrinə və fərqli hissetmə mexanizmlərinə gətirib çıxarır.Bu araşdırmada biz üç həndəsi cihaz strukturu təklif edirik və hər bir struktur üçün hissetmə mexanizmini müzakirə edirik.
Heterojunctions qaz aşkarlama performansında çox mühüm rol oynasa da, bütün sensorun cihaz həndəsəsi də aşkarlama davranışına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər, çünki sensorun keçirici kanalının yeri cihazın həndəsəsindən çox asılıdır.Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, burada heteroqovşaqlı MOS cihazlarının üç tipik həndəsi müzakirə olunur. Birinci tipdə iki MOS əlaqəsi təsadüfi olaraq iki elektrod arasında paylanır və keçirici kanalın yeri əsas MOS tərəfindən müəyyən edilir, ikincisi elektroda yalnız bir MOS qoşulduğu halda, müxtəlif MOS-dan heterojen nanostrukturların formalaşması.elektrod birləşdirilir, sonra keçirici kanal adətən MOS daxilində yerləşir və birbaşa elektroda bağlıdır.Üçüncü növdə, iki material ayrı-ayrılıqda iki elektroda bağlanır, cihazı iki material arasında əmələ gələn heteroqovşaq vasitəsilə istiqamətləndirir.
Birləşmələr arasındakı tire (məsələn, “SnO2-NiO”) iki komponentin sadəcə qarışdırıldığını göstərir (tip I).İki əlaqə arasındakı “@” işarəsi (məsələn, “SnO2@NiO”) II tip sensor strukturu üçün iskele materialının (NiO) SnO2 ilə bəzədildiyini göstərir.Çizgi (məsələn, “NiO/SnO2”) III tip sensor dizaynını göstərir.
MOS kompozitlərinə əsaslanan qaz sensorları üçün iki MOS elementi təsadüfi olaraq elektrodlar arasında paylanır.MOS kompozitlərinin hazırlanması üçün çoxsaylı istehsal üsulları, o cümlədən sol-gel, coprecipitation, hidrotermal, elektrospinning və mexaniki qarışdırma üsulları işlənib hazırlanmışdır98,102,103,104.Bu yaxınlarda, metal mərkəzlərdən və üzvi bağlayıcılardan ibarət məsaməli kristal strukturlu materiallar sinfi olan metal-üzvi çərçivələr (MOF) məsaməli MOS kompozitlərinin istehsalı üçün şablon kimi istifadə edilmişdir105,106,107,108.Qeyd etmək lazımdır ki, MOS kompozitlərinin faizi eyni olsa da, müxtəlif istehsal proseslərindən istifadə edərkən həssaslıq xüsusiyyətləri çox dəyişə bilər.109,110 Məsələn, Gao və digərləri 109 eyni atom nisbətinə malik MoO3±SnO2 kompozitləri əsasında iki sensor hazırladılar. ( Mo:Sn = 1:1.9) və müxtəlif istehsal üsullarının müxtəlif həssaslıqlara səbəb olduğunu aşkar etdi.Şaposhnik və b.110 bildirmişdir ki, birgə çökdürülmüş SnO2-TiO2-nin qaz halında olan H2-yə reaksiyası, hətta eyni Sn/Ti nisbətində olsa belə, mexaniki qarışıq materiallardan fərqlidir.Bu fərq ona görə yaranır ki, MOP və MOP kristalit ölçüsü arasındakı əlaqə müxtəlif sintez üsulları ilə dəyişir109,110.Donor sıxlığı və yarımkeçirici növü baxımından taxıl ölçüsü və forması uyğun olduqda, kontakt həndəsəsi dəyişməzsə, cavab eyni qalmalıdır 110 .Staerz və başqaları.111 məlumat verdi ki, SnO2-Cr2O3 əsas qabıq (CSN) nanolifləri və torpaq SnO2-Cr2O3 CSN-lərin aşkarlama xüsusiyyətləri demək olar ki, eyni idi və bu, nanolif morfologiyasının heç bir üstünlük vermədiyini göstərir.
Müxtəlif istehsal üsullarına əlavə olaraq, iki fərqli MOSFET-in yarımkeçirici növləri də sensorun həssaslığına təsir göstərir.İki MOSFET-in eyni tipli yarımkeçirici (nn və ya pp qovşağı) və ya müxtəlif növ (pn qovşağı) olub-olmamasından asılı olaraq daha iki kateqoriyaya bölmək olar.Qaz sensorları eyni tipli MOS kompozitlərinə əsaslandıqda, iki MOS-un molar nisbətini dəyişdirərək, həssaslıq reaksiya xarakteristikası dəyişməz qalır və sensorun həssaslığı nn- və ya pp-heteroqovuşmaların sayından asılı olaraq dəyişir.Kompozitdə bir komponent üstünlük təşkil etdikdə (məsələn, 0,9 ZnO-0,1 SnO2 və ya 0,1 ZnO-0,9 SnO2), keçiricilik kanalı dominant MOS tərəfindən müəyyən edilir, homojunction keçirici kanal 92 adlanır.İki komponentin nisbətləri müqayisə oluna bilən zaman, keçirici kanalın heteroqovuşmanın üstünlük təşkil etdiyi güman edilir98,102.Yamazoe və başqaları.112,113, iki komponentin heterokontakt bölgəsinin sensorun həssaslığını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra biləcəyini bildirdi, çünki komponentlərin müxtəlif əməliyyat funksiyaları səbəbindən yaranan hetero-qovuşma maneəsi sensorun elektronlara məruz qalan sürüşmə hərəkətliliyini effektiv şəkildə idarə edə bilər.Müxtəlif mühit qazları 112,113.Əncirdə.Şəkil 3a göstərir ki, SnO2-ZnO lifli iyerarxik strukturlara əsaslanan müxtəlif ZnO tərkibli (0-10 mol % Zn) olan sensorlar etanolu seçici şəkildə aşkar edə bilir.Onların arasında SnO2-ZnO liflərinə əsaslanan sensor (7 mol.% Zn) çoxlu sayda heteroqovşaqların əmələ gəlməsi və xüsusi səth sahəsinin artması ilə əlaqədar olaraq ən yüksək həssaslıq göstərdi ki, bu da konvertorun funksiyasını artırdı və yaxşılaşdırdı. həssaslıq 90 Bununla belə, ZnO tərkibinin daha da 10 mol.%-ə qədər artması ilə mikrostrukturlu SnO2-ZnO kompoziti səthin aktivləşmə sahələrini sarıya və sensorun həssaslığını azalda bilər85.Oxşar tendensiya, müxtəlif Fe/Ni nisbətlərinə malik NiO-NiFe2O4 pp heteroqovuşma kompozitlərinə əsaslanan sensorlar üçün də müşahidə olunur (şək. 3b)114.
SnO2-ZnO liflərinin (7 mol.% Zn) SEM təsvirləri və 260 °C-də 100 ppm konsentrasiyası olan müxtəlif qazlara sensor reaksiyası;54b Təmiz NiO və NiO-NiFe2O4 kompozitlərinə əsaslanan sensorların cavabları 50 ppm müxtəlif qazlarda, 260 °C;114 ( c) xSnO2-(1-x)Co3O4 tərkibindəki düyünlərin sayının və 10 ppm CO, aseton, C6H6 və SO2 üçün xSnO2-(1-x)Co3O4 tərkibinin müvafiq müqavimət və həssaslıq reaksiyalarının sxematik diaqramı Sn/Co 98-in molar nisbətini dəyişdirərək 350 °C-də qaz
Pn-MOS kompozitləri MOS115-in atom nisbətindən asılı olaraq müxtəlif həssaslıq davranışı göstərir.Ümumiyyətlə, MOS kompozitlərinin sensor davranışı, MOS-un sensor üçün əsas keçirici kanal kimi çıxış etməsindən çox asılıdır.Buna görə də, kompozitlərin faiz tərkibini və nanostrukturunu xarakterizə etmək çox vacibdir.Kim və digərləri 98 elektrospininq yolu ilə bir sıra xSnO2 ± (1-x)Co3O4 kompozit nanolifləri sintez edərək və onların sensor xüsusiyyətlərini öyrənməklə bu qənaəti təsdiqləmişlər.Onlar SnO2-Co3O4 kompozit sensorunun davranışının SnO2 faizini azaltmaqla n-tipindən p-tipinə keçdiyini müşahidə etmişlər (Şəkil 3c)98.Bundan əlavə, heteroqovşaqda üstünlük təşkil edən sensorlar (0,5 SnO2-0,5 Co3O4 əsasında) homojunction-dominant sensorlar (məsələn, yüksək SnO2 və ya Co3O4 sensorlar) ilə müqayisədə C6H6 üçün ən yüksək ötürmə sürətlərini göstərmişdir.0,5 SnO2-0,5 Co3O4 əsaslı sensorun xas yüksək müqaviməti və onun ümumi sensor müqavimətini modulyasiya etmək qabiliyyəti onun C6H6-ya ən yüksək həssaslığına kömək edir.Bundan əlavə, SnO2-Co3O4 heterointerfeyslərindən qaynaqlanan qəfəs uyğunsuzluğu qüsurları qaz molekulları üçün üstünlüklü adsorbsiya sahələri yarada bilər və bununla da sensor reaksiyasını artırır109,116.
Yarımkeçirici tipli MOS-a əlavə olaraq, MOS kompozitlərinin toxunma davranışı da MOS-117 kimyasından istifadə edərək fərdiləşdirilə bilər.Huo və digərləri 117 Co3O4-SnO2 kompozitlərini hazırlamaq üçün sadə isladılmış bişirmə üsulundan istifadə etmişlər və aşkar etmişlər ki, Co/Sn molyar nisbəti 10% olduqda sensor H2-yə p tipli aşkarlama reaksiyası və n-tipli həssaslıq nümayiş etdirir. H2.cavab.CO, H2S və NH3 qazlarına sensor reaksiyaları Şəkil 4a117-də göstərilmişdir.Aşağı Co/Sn nisbətlərində SnO2±SnO2 nanodənəli sərhədlərində çoxlu homoqovşaqlar əmələ gəlir və H2-yə n-tipli sensor reaksiyaları nümayiş etdirir (Şəkil 4b,c)115.Co/Sn nisbətinin 10 mol qədər artması ilə.%, SnO2-SnO2 homoqovuşmalarının yerinə eyni vaxtda çoxlu Co3O4-SnO2 heteroqovuşmaları əmələ gəlmişdir (şəkil 4d).Co3O4 H2-ə münasibətdə qeyri-aktiv olduğundan və SnO2 H2 ilə güclü reaksiya verdiyindən, H2-nin ion oksigen növləri ilə reaksiyası əsasən SnO2117-nin səthində baş verir.Buna görə də elektronlar SnO2-ə keçir və Ef SnO2 keçiricilik zolağına keçir, Ef Co3O4 isə dəyişməz qalır.Nəticədə, sensorun müqaviməti artır və bu, yüksək Co/Sn nisbətinə malik materialların p tipli algılama davranışı nümayiş etdirdiyini göstərir (Şəkil 4e).Bunun əksinə olaraq, CO, H2S və NH3 qazları SnO2 və Co3O4 səthlərində ion oksigen növləri ilə reaksiya verir və elektronlar qazdan sensora doğru hərəkət edir, nəticədə maneə hündürlüyü və n tipli həssaslıq azalır (şəkil 4f)..Bu fərqli sensor davranışı Co3O4-ün müxtəlif qazlarla fərqli reaktivliyi ilə bağlıdır ki, bu da Yin və başqaları tərəfindən daha da təsdiqlənib.118.Eynilə, Katoch et al.119 göstərdi ki, SnO2-ZnO kompozitləri yaxşı seçiciliyə və H2-yə yüksək həssaslığa malikdir.Bu davranış ona görə baş verir ki, H atomları H-nin s-orbitalı ilə O-nun p-orbitalı arasında güclü hibridləşmə nəticəsində ZnO-nun O mövqelərinə asanlıqla adsorbsiya oluna bilər ki, bu da ZnO120,121-in metallaşmasına gətirib çıxarır.
a H2, CO, NH3 və H2S kimi tipik azaldıcı qazlar üçün Co/Sn-10% dinamik müqavimət əyriləri, b, c Aşağı % m-də H2 üçün Co3O4/SnO2 kompozit algılama mexanizmi diaqramı.Co/Sn, df Co3O4 H2 və CO, H2S və NH3-ün yüksək Co/Sn/SnO2 kompoziti ilə aşkarlanması mexanizmi
Buna görə də, uyğun istehsal üsullarını seçmək, kompozitlərin taxıl ölçüsünü azaltmaq və MOS kompozitlərinin molar nisbətini optimallaşdırmaqla I tipli sensorun həssaslığını yaxşılaşdıra bilərik.Bundan əlavə, həssas materialın kimyasını dərindən başa düşmək sensorun seçiciliyini daha da artıra bilər.
II tip sensor strukturları bir “master” nanomaterial və ikinci və hətta üçüncü nanomaterial da daxil olmaqla müxtəlif heterojen nanostrukturlu materiallardan istifadə edə bilən digər məşhur sensor strukturdur.Məsələn, nanohissəciklər, nüvə qabığı (CS) və çoxqatlı heteronanostrukturlu materiallarla bəzədilmiş birölçülü və ya ikiölçülü materiallar II tip sensor strukturlarında adətən istifadə olunur və onlar aşağıda ətraflı müzakirə olunacaq.
Şəkil 2b(1)-də göstərildiyi kimi ilk heteronanostruktur materialı (bəzəkli heteronanostruktur) üçün sensorun keçirici kanalları əsas materialla birləşdirilir.Heteroqovuşmaların əmələ gəlməsi ilə əlaqədar olaraq dəyişdirilmiş nanohissəciklər qazın adsorbsiya və ya desorbsiyasına daha çox reaktiv yerlər təmin edə bilər və həmçinin hissetmə performansını yaxşılaşdırmaq üçün katalizator kimi çıxış edə bilər109,122,123,124.Yuan et al.41 qeyd etdi ki, WO3 nanotellərinin CeO2 nanodotları ilə bəzədilməsi CeO2@WO3 heterointerfeysində və CeO2 səthində daha çox adsorbsiya sahələrini təmin edə və asetonla reaksiya üçün daha çox kimyasorbiyalı oksigen növləri yarada bilər.Gunawan və başqaları.125. Birölçülü Au@α-Fe2O3 əsasında ultra yüksək həssaslığa malik aseton sensoru təklif edilmişdir və sensorun həssaslığının oksigen mənbəyi kimi O2 molekullarının aktivləşdirilməsi ilə idarə olunduğu müşahidə edilmişdir.Au NP-lərin olması asetonun oksidləşməsi üçün oksigen molekullarının qəfəs oksigeninə parçalanmasını təşviq edən katalizator rolunu oynaya bilər.Oxşar nəticələr Choi et al.9 burada adsorbsiya edilmiş oksigen molekullarını ionlaşmış oksigen növlərinə ayırmaq və asetona həssas reaksiyanı artırmaq üçün Pt katalizatorundan istifadə edilmişdir.2017-ci ildə eyni tədqiqat qrupu Şəkil 5126-da göstərildiyi kimi, bimetal nanohissəciklərin katalizdə tək nəcib metal nanohissəciklərə nisbətən daha səmərəli olduğunu nümayiş etdirdi. 5a apoferritin hüceyrələrindən istifadə edərək platin əsaslı bimetal (PtM) NP-lər üçün istehsal prosesinin sxemidir. orta ölçüsü 3 nm-dən azdır.Daha sonra, elektrospinning üsulundan istifadə edərək, asetona və ya H2S-ə həssaslığı və seçiciliyi artırmaq üçün PtM@WO3 nanolifləri əldə edildi (şək. 5b-g).Son zamanlar tək atomlu katalizatorlar (SAC) atomlardan və tənzimlənmiş elektron strukturlardan istifadənin maksimum səmərəliliyi hesabına kataliz və qaz analizi sahəsində əla katalitik göstəricilər göstərmişdir127,128.Shin et al.129 qaz aşkarlanması üçün Pt@MCN@SnO2 inline liflərini hazırlamaq üçün kimyəvi mənbələr kimi Pt-SA ankrajlı karbon nitridi (MCN), SnCl2 və PVP nano vərəqlərindən istifadə etdi.Pt@MCN-nin çox aşağı tərkibinə (ağırlıq olaraq 0,13-dən 0,68-ə qədər) baxmayaraq, qazlı formaldehid Pt@MCN@SnO2-nin aşkarlanması performansı digər istinad nümunələrindən (təmiz SnO2, MCN@SnO2 və Pt NPs@) üstündür. SnO2)..Bu əla aşkarlama performansı Pt SA katalizatorunun maksimum atom səmərəliliyinə və SnO2129 aktiv sahələrinin minimum əhatə dairəsinə aid edilə bilər.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) nanohissəciklərini əldə etmək üçün apoferritinlə yüklənmiş kapsullaşdırma üsulu;bd təmiz WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 və Pt-NiO@WO3 nanoliflərinin dinamik qaza həssas xüsusiyyətləri;məsələn, PtPd@WO3, PtRn@WO3 və Pt-NiO@WO3 nanolif sensorlarının 1 ppm müdaxilə qazına selektivlik xüsusiyyətlərinə əsaslanır 126
Bundan əlavə, iskele materialları və nanohissəciklər arasında əmələ gələn heteroqovşaqlar da sensorun işini yaxşılaşdırmaq üçün radial modulyasiya mexanizmi vasitəsilə keçirici kanalları effektiv şəkildə modulyasiya edə bilər130,131,132.Əncirdə.Şəkil 6a qazları azaltmaq və oksidləşdirmək üçün təmiz SnO2 və Cr2O3@SnO2 nanotellərinin sensor xüsusiyyətlərini və müvafiq sensor mexanizmlərini göstərir131.Təmiz SnO2 nanotelləri ilə müqayisədə, Cr2O3@SnO2 nanotellərinin azaldan qazlara reaksiyası xeyli artır, oksidləşdirici qazlara reaksiya isə pisləşir.Bu hadisələr əmələ gələn pn heteroqovuşmasının radial istiqamətində SnO2 nanotellərinin keçirici kanallarının lokal yavaşlaması ilə sıx bağlıdır.Sensor müqaviməti azaldıcı və oksidləşdirici qazlara məruz qaldıqdan sonra təmiz SnO2 nanotellərinin səthində EDL enini dəyişdirməklə sadəcə tənzimlənə bilər.Bununla belə, Cr2O3@SnO2 nanotelləri üçün SnO2 nanotellərinin havadakı ilkin DEL-i təmiz SnO2 nanotelləri ilə müqayisədə artır və heteroqovuşmanın meydana gəlməsi səbəbindən keçirici kanal sıxılır.Buna görə də, sensor azaldıcı qaza məruz qaldıqda, tutulan elektronlar SnO2 nanotellərinə buraxılır və EDL kəskin şəkildə azalır, nəticədə təmiz SnO2 nanotellərindən daha yüksək həssaslıq yaranır.Əksinə, oksidləşdirici qaza keçərkən, DEL-in genişlənməsi məhduddur, nəticədə həssaslıq aşağı olur.Oxşar sensor reaksiya nəticələri Choi və başqaları tərəfindən müşahidə edilmişdir, 133, burada p-tipli WO3 nanohissəcikləri ilə bəzədilmiş SnO2 nanotelləri azaldan qazlara əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmış sensor reaksiya göstərmiş, n-bəzəkli SnO2 sensorları isə oksidləşdirici qazlara qarşı həssaslığı artırmışdır.TiO2 nanohissəcikləri (Şəkil 6b) 133. Bu nəticə əsasən SnO2 və MOS (TiO2 və ya WO3) nanohissəciklərinin müxtəlif iş funksiyaları ilə bağlıdır.P-tipli (n-tip) nanohissəciklərdə çərçivə materialının (SnO2) keçirici kanalı radial istiqamətdə genişlənir (və ya büzülür), sonra isə reduksiya (və ya oksidləşmə) təsiri altında daha da genişlənir (və ya qısaldılır). SnO2-nin keçirici kanalının – qabırğa ) qazın (şək. 6b).
Dəyişdirilmiş LF MOS tərəfindən induksiya edilən radial modulyasiya mexanizmi.Saf SnO2 və Cr2O3@SnO2 nanotelləri və müvafiq sensor mexanizminin sxematik diaqramları əsasında 10 ppm azaldıcı və oksidləşdirici qazlara qaz reaksiyalarının xülasəsi;və WO3@SnO2 nanorodlarının müvafiq sxemləri və aşkarlama mexanizmi133
İkiqatlı və çoxqatlı heterostruktur qurğularında cihazın keçirici kanalında elektrodlarla birbaşa təmasda olan təbəqə (adətən alt təbəqə) üstünlük təşkil edir və iki təbəqənin interfeysində əmələ gələn heteroqovuşma alt təbəqənin keçiriciliyini idarə edə bilir. .Buna görə də, qazlar üst təbəqə ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, alt təbəqənin keçirici kanallarına və cihazın 134 müqavimətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər.Məsələn, Kumar et al.77 NH3 üçün TiO2@NiO və NiO@TiO2 ikiqat təbəqələrinin əks davranışını bildirdi.Bu fərq ona görə yaranır ki, iki sensorun keçirici kanalları müxtəlif materialların təbəqələrində üstünlük təşkil edir (müvafiq olaraq NiO və TiO2) və sonra əsas keçirici kanallardakı dəyişikliklər fərqlidir77.
İkiqatlı və ya çoxqatlı heteronanostrukturlar adətən püskürtmə, atom qatının çökməsi (ALD) və sentrifuqalama yolu ilə istehsal olunur56,70,134,135,136.Filmin qalınlığı və iki materialın təmas sahəsi yaxşı idarə oluna bilər.Şəkil 7a və b etanol aşkarlanması üçün püskürtmə yolu ilə əldə edilən NiO@SnO2 və Ga2O3@WO3 nanofilmləri göstərir135,137.Bununla belə, bu üsullar ümumiyyətlə düz filmlər istehsal edir və bu yastı filmlər aşağı xüsusi səth sahəsi və qaz keçiriciliyinə görə 3D nanostrukturlu materiallardan daha az həssasdır.Buna görə də, xüsusi səth sahəsini artırmaqla qavrayış performansını yaxşılaşdırmaq üçün müxtəlif iyerarxiyalara malik ikiqatlı filmlərin istehsalı üçün maye faza strategiyası təklif edilmişdir41,52,138.Zhu və digərləri 139 H2S aşkarlanması üçün SnO2 nanotelləri (ZnO@SnO2 nanotelləri) üzərində yüksək sifarişli ZnO nanotelləri istehsal etmək üçün püskürtmə və hidrotermal üsulları birləşdirdi (Şəkil 7c).Onun 1 ppm H2S-ə reaksiyası püskürən ZnO@SnO2 nanofilmlərinə əsaslanan sensordan 1,6 dəfə yüksəkdir.Liu və başqaları.52, iyerarxik SnO2@NiO nanostrukturlarını hazırlamaq üçün iki addımlı in situ kimyəvi çökmə metodundan istifadə edərək yüksək performanslı H2S sensoru haqqında məlumat verdi və sonra termal tavlama (Şəkil 10d).Adi püskürən SnO2@NiO ikiqatlı filmlərlə müqayisədə, xüsusi səth sahəsinin artması səbəbindən SnO2@NiO iyerarxik ikiqatlı strukturunun həssaslıq göstəriciləri əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmışdır52,137.
MOS əsasında ikiqat qaz sensoru.etanolun aşkarlanması üçün NiO@SnO2 nanofilm;etanol aşkarlanması üçün 137b Ga2O3@WO3 nanofilm;H2S aşkarlanması üçün 135c yüksək sifarişli SnO2@ZnO ikiqatlı iyerarxik quruluş;H2S52-nin aşkarlanması üçün 139d SnO2@NiO ikiqatlı iyerarxik quruluş.
Nüvə-qabığın heteronanostrukturlarına (CSHN) əsaslanan II tip cihazlarda keçirici kanallar daxili qabıqla məhdudlaşmadığından hissetmə mexanizmi daha mürəkkəbdir.Həm istehsal marşrutu, həm də qablaşdırmanın qalınlığı (hs) keçirici kanalların yerini müəyyən edə bilər.Məsələn, aşağıdan yuxarıya sintez üsullarından istifadə edərkən keçirici kanallar adətən daxili nüvə ilə məhdudlaşır ki, bu da strukturuna görə iki qatlı və ya çoxqatlı qurğu strukturlarına bənzəyir (Şəkil 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu və b.144, keçirici kanalın mərkəzi hissə ilə məhdudlaşdığı α-Fe2O3 nanorodlarında NiO və ya CuO NP qatını yerləşdirməklə CSHN NiO@α-Fe2O3 və CuO@α-Fe2O3 əldə etmək üçün aşağıdan yuxarı bir yanaşma haqqında məlumat verdi.(nanorodlar α-Fe2O3).Liu və başqaları.142, həmçinin silikon nanotellərin hazırlanmış massivlərində TiO2 yerləşdirməklə CSHN TiO2 @ Si-nin əsas hissəsi ilə keçiricilik kanalını məhdudlaşdırmağa müvəffəq oldu.Buna görə də, onun hissetmə davranışı (p-tipi və ya n-tipi) yalnız silikon nanotelin yarımkeçirici tipindən asılıdır.
Bununla belə, CSHN əsaslı sensorların əksəriyyəti (Şəkil 2b(4)) sintez edilmiş CS materialının tozlarını çiplərə köçürməklə hazırlanmışdır.Bu halda, sensorun keçirmə yolu korpusun qalınlığından (hs) təsirlənir.Kimin qrupu hs-nin qaz aşkarlama performansına təsirini araşdırdı və mümkün aşkarlama mexanizmini təklif etdi100,112,145,146,147,148. Bu strukturun hissetmə mexanizminə iki amilin kömək etdiyi güman edilir: (1) qabığın EDL-nin radial modulyasiyası və (2) elektrik sahəsinin ləkələmə effekti (şək. 8) 145. Tədqiqatçılar qeyd etdilər ki, keçirici kanal daşıyıcıların əksəriyyəti qabıq təbəqəsinin hs > λD olduğu zaman əsasən qabıq təbəqəsi ilə məhdudlaşır145. Bu strukturun hissetmə mexanizminə iki amilin kömək etdiyi güman edilir: (1) qabığın EDL-nin radial modulyasiyası və (2) elektrik sahəsinin ləkələmə effekti (şək. 8) 145. Tədqiqatçılar qeyd etdilər ki, keçirici kanal daşıyıcıların əksəriyyəti qabıq təbəqəsinin hs > λD olduğu zaman əsasən qabıq təbəqəsi ilə məhdudlaşır145. Schitaetsya, çto v mexanizmlərin hərəkəti etoy strukturları iki faktoru həyata keçirir: (1) radial modulyasiya DES obolochki və (2) effektli elektrik enerjisi (ris. 8) 145. λD оболочки145. Bu strukturun qavranılması mexanizmində iki amilin iştirak etdiyi güman edilir: (1) qabığın EDL-nin radial modulyasiyası və (2) elektrik sahəsinin bulanıqlaşmasının təsiri (şək. 8) 145. Tədqiqatçılar qeyd ediblər ki, hs > λD mərmilər145 olduqda daşıyıcı keçirici kanal əsasən qabıqla məhdudlaşır.Güman edilir ki, bu strukturun aşkarlanması mexanizminə iki amil kömək edir: (1) qabığın DEL-nin radial modulyasiyası və (2) elektrik sahəsinin ləkələnməsinin təsiri (şək. 8) 145.研究人员提到传导通道当壳层的hs > λD145 时,载流子的数量主要局限于。屳 > λD145 时,载流子的数量主要局限于壳层。 Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителей в основном ограничено оболочкой. Tədqiqatçılar qeyd etdilər ki, keçiricilik kanalı qabığın hs > λD145 olduğu zaman daşıyıcıların sayı əsasən qabıqla məhdudlaşır.Buna görə də, CSHN əsasında sensorun rezistiv modulyasiyasında DEL örtüyünün radial modulyasiyası üstünlük təşkil edir (şəkil 8a).Bununla belə, qabığın hs ≤ λD-də qabıq tərəfindən adsorbsiya olunan oksigen hissəcikləri və CS heteroqovuşmasında əmələ gələn heteroqovuşma elektronları tamamilə itirir. Buna görə də, keçirici kanal təkcə qabıq təbəqəsinin içərisində deyil, həm də qismən əsas hissədə, xüsusən də qabıq təbəqəsinin hs < λD olduğu zaman yerləşir. Buna görə də, keçirici kanal təkcə qabıq təbəqəsinin içərisində deyil, həm də qismən əsas hissədə, xüsusən də qabıq təbəqəsinin hs < λD olduğu zaman yerləşir. Poetomu kanal provodimosti raspolagaetsya ne tolko vnutri obolochechnoho sloya, lakin və chastichno v serdcevinnoy chasti, osobenno pri hs < λD obolochechnoho sloya. Buna görə də keçirici kanal təkcə qabıq təbəqəsinin daxilində deyil, həm də qismən özək hissəsində, xüsusilə qabıq təbəqəsinin hs < λD-də yerləşir.因此,传导通道不仅位于壳层内部,而且部分位于芯部,尤其是当壳Dhs层 hs < λD 时。 Поэтому канал проводимости располагается nə tamamilə vnutri obolochki, lakin və çastichno v serdtsevine, osobenno pri hs < λD оболочки. Buna görə də, keçirici kanal təkcə qabığın içərisində deyil, həm də qismən nüvədə, xüsusən də qabığın hs < λD-də yerləşir.Bu halda, həm tam tükənmiş elektron qabığı, həm də qismən tükənmiş əsas təbəqə bütün CSHN-nin müqavimətini modullaşdırmağa kömək edir, nəticədə elektrik sahəsinin quyruq effekti yaranır (şək. 8b).Bəzi digər tədqiqatlar hs effektini təhlil etmək üçün elektrik sahəsinin quyruğu əvəzinə EDL həcm fraksiyasından istifadə etmişdir100,148.Bu iki töhfəni nəzərə alsaq, CSHN müqavimətinin ümumi modulyasiyası Şəkil 8c-də göstərildiyi kimi hs λD örtüyü ilə müqayisə oluna bilən zaman ən böyük dəyərə çatır.Buna görə də, CSHN üçün optimal hs λD qabığına yaxın ola bilər, bu da eksperimental müşahidələrə99,144,145,146,149 uyğun gəlir.Bir sıra tədqiqatlar göstərdi ki, hs CSHN əsaslı pn-heteroqovuşma sensorlarının həssaslığına da təsir edə bilər40,148.Li və başqaları.148 və Bai et al.40 örtük ALD dövrünü dəyişdirərək TiO2@CuO və ZnO@NiO kimi pn-heterojunction CSHN sensorlarının performansına hs təsirini sistematik şəkildə araşdırdı.Nəticədə, sensor davranış hs40,148 artması ilə p-tipindən n-tipinə dəyişdi.Bu davranış, əvvəlcə (məhdud sayda ALD dövrləri ilə) heterostrukturların dəyişdirilmiş heteronanostrukturlar kimi qəbul edilməsi ilə əlaqədardır.Beləliklə, keçirici kanal əsas təbəqə (p-tip MOSFET) ilə məhdudlaşır və sensor p-tipli aşkarlama davranışını nümayiş etdirir.ALD dövrlərinin sayı artdıqca üzlük təbəqəsi (n-tipli MOSFET) kvazifasiləsiz olur və keçirici kanal kimi çıxış edir, nəticədə n tipli həssaslıq yaranır.Oxşar sensor keçid davranışı pn dallı heteronanostrukturlar üçün bildirilmişdir 150,151 .Zhou və başqaları.150, Mn3O4 nanotellərinin səthində Zn2SnO4 tərkibinə nəzarət etməklə Zn2SnO4@Mn3O4 şaxələnmiş heteronanostrukturların həssaslığını tədqiq etmişdir.Mn3O4 səthində Zn2SnO4 nüvələri əmələ gəldikdə p tipli həssaslıq müşahidə edilmişdir.Zn2SnO4 məzmununun daha da artması ilə budaqlanmış Zn2SnO4@Mn3O4 heteronanostrukturlarına əsaslanan sensor n tipli sensor davranışına keçir.
CS nanotellərinin iki funksiyalı sensor mexanizminin konseptual təsviri göstərilir.a Elektron tükənmiş qabıqların radial modulyasiyasına görə Müqavimət modulyasiyası, b Yaxmanın müqavimət modulyasiyasına mənfi təsiri və c Hər iki təsirin birləşməsinə görə CS nanotellərinin ümumi müqavimət modulyasiyası 40
Nəticə olaraq, II tip sensorlar çoxlu müxtəlif iyerarxik nanostrukturları ehtiva edir və sensorun performansı keçirici kanalların təşkilindən çox asılıdır.Buna görə də, sensorun keçirici kanalının mövqeyinə nəzarət etmək və II tip sensorların genişləndirilmiş hissetmə mexanizmini öyrənmək üçün uyğun heteronanostrukturlu MOS modelindən istifadə etmək çox vacibdir.
III tip sensor strukturları çox yaygın deyil və keçirici kanal müvafiq olaraq iki elektroda birləşdirilmiş iki yarımkeçirici arasında əmələ gələn heteroqovuşmaya əsaslanır.Unikal cihaz strukturları adətən mikro emal üsulları vasitəsilə əldə edilir və onların algılama mexanizmləri əvvəlki iki sensor strukturundan çox fərqlidir.Tip III sensorun IV əyrisi, adətən, heteroqovuşmanın formalaşması səbəbindən tipik rektifikasiya xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir48,152,153.İdeal heteroqovuşmanın I-V xarakterik əyrisi heteroqovuşma maneəsinin hündürlüyündə elektron emissiyasının termion mexanizmi ilə təsvir edilə bilər152,154,155.
burada Va - əyilmə gərginliyi, A - cihazın sahəsi, k - Boltsman sabiti, T - mütləq temperatur, q - daşıyıcı yük, Jn və Jp müvafiq olaraq dəlik və elektron diffuziya cərəyanının sıxlığıdır.IS əks doyma cərəyanını təmsil edir, aşağıdakı kimi müəyyən edilir: 152,154,155
Buna görə də, pn heteroqovuşmasının ümumi cərəyanı (3) və (4) 156 tənliklərində göstərildiyi kimi, yük daşıyıcılarının konsentrasiyasının dəyişməsindən və heteroqovşağın maneəsinin hündürlüyünün dəyişməsindən asılıdır.
burada nn0 və pp0 n-tipli (p-tip) MOS-da elektronların (dəliklərin) konsentrasiyasıdır, \(V_{bi}^0\) daxili potensialdır, Dp (Dn) diffuziya əmsalıdır. elektronlar (dəliklər), Ln (Lp ) elektronların (deşiklərin) diffuziya uzunluğu, ΔEv (ΔEc) heteroqovuşmada valentlik zolağının (keçirici zolağın) enerji yerdəyişməsidir.Cari sıxlıq daşıyıcı sıxlığı ilə mütənasib olsa da, \(V_{bi}^0\) ilə eksponensial tərs mütənasibdir.Buna görə də, cərəyan sıxlığının ümumi dəyişməsi heteroqovuşma maneəsinin hündürlüyünün modulyasiyasından çox asılıdır.
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, hetero-nanostrukturlu MOSFET-lərin yaradılması (məsələn, I və II tip cihazlar) ayrı-ayrı komponentlərdən daha çox sensorun işini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər.III tip cihazlar üçün isə heteronanostruktur reaksiyası materialın kimyəvi tərkibindən asılı olaraq iki komponentdən48,153 və ya bir komponentdən76 yüksək ola bilər.Bir sıra hesabatlar göstərdi ki, komponentlərdən biri hədəf qaza qarşı həssas olduqda heteronanostrukturların reaksiyası tək komponentdən daha yüksək olur48,75,76,153.Bu halda, hədəf qaz yalnız həssas təbəqə ilə qarşılıqlı təsir göstərəcək və həssas təbəqənin Ef sürüşməsinə və heteroqovuşma maneəsinin hündürlüyünün dəyişməsinə səbəb olacaqdır.Sonra cihazın ümumi cərəyanı əhəmiyyətli dərəcədə dəyişəcək, çünki bu, tənliyə görə heteroqovuşma maneəsinin hündürlüyü ilə tərs əlaqəlidir.(3) və (4) 48,76,153.Bununla belə, həm n-tipli, həm də p-tipli komponentlər hədəf qaza həssas olduqda, aşkarlama performansı onların arasında bir yerdə ola bilər.José et al.76 püskürtmə yolu ilə məsaməli NiO/SnO2 filmi NO2 sensoru istehsal etdi və aşkar etdi ki, sensorun həssaslığı yalnız NiO əsaslı sensordan yüksəkdir, lakin SnO2 əsaslı sensordan daha aşağıdır.sensor.Bu hadisə SnO2 və NiO-nun NO276-ya əks reaksiya verməsi ilə əlaqədardır.Həmçinin, hər iki komponent müxtəlif qaz həssaslığına malik olduğundan, onlar oksidləşdirici və azaldan qazları aşkar etmək üçün eyni tendensiyaya malik ola bilərlər.Məsələn, Kwon et al.157, Şəkil 9a-da göstərildiyi kimi əyri püskürtmə ilə NiO/SnO2 pn-heteroqovuşma qaz sensoru təklif etmişdir.Maraqlıdır ki, NiO/SnO2 pn-heteroqovuşma sensoru H2 və NO2 üçün eyni həssaslıq tendensiyasını göstərdi (Şəkil 9a).Bu nəticəni həll etmək üçün Kwon et al.157 sistematik olaraq NO2 və H2-nin daşıyıcı konsentrasiyalarını necə dəyişdiyini tədqiq etdi və IV-xüsusiyyətlərdən və kompüter simulyasiyalarından istifadə edərək hər iki materialın \(V_{bi}^0\) tənzimlənməsi (Şəkil 9bd).Şəkillər 9b və c H2 və NO2-nin müvafiq olaraq p-NiO (pp0) və n-SnO2 (nn0) əsasında sensorların daşıyıcı sıxlığını dəyişmək qabiliyyətini nümayiş etdirir.Onlar göstərdilər ki, p-tipli NiO-nun pp0 NO2 mühitində bir qədər dəyişdi, H2 mühitində isə kəskin dəyişdi (Şəkil 9b).Bununla belə, n-tipli SnO2 üçün nn0 əks şəkildə davranır (şək. 9c).Bu nəticələrə əsasən, müəlliflər belə nəticəyə gəldilər ki, NiO/SnO2 pn heteroqovuşması əsasında sensora H2 tətbiq edildikdə, nn0-da artım Jn-in artmasına, \(V_{bi}^0\) isə cavabın azalması (Şəkil 9d).NO2-yə məruz qaldıqdan sonra həm SnO2-də nn0-da böyük azalma, həm də NiO-da pp0-də kiçik artım \(V_{bi}^0\) böyük azalmasına gətirib çıxarır, bu da sensor reaksiyanın artmasını təmin edir (şək. 9d). ) 157 Yekun olaraq, daşıyıcıların konsentrasiyasının dəyişməsi və \(V_{bi}^0\) ümumi cərəyanın dəyişməsinə səbəb olur ki, bu da aşkarlama qabiliyyətinə daha çox təsir edir.
Qaz sensorunun hissetmə mexanizmi Tip III cihazın strukturuna əsaslanır.Skan edən elektron mikroskopiya (SEM) kəsikli şəkillər, p-NiO/n-SnO2 nanocoil cihazı və H2 və NO2 üçün 200°C-də p-NiO/n-SnO2 nanocoil heteroqovuşma sensorunun sensor xüsusiyyətləri;b , c-cihazının en kəsiyi SEM və p-NiO b təbəqəsi və n-SnO2 c təbəqəsi olan cihazın simulyasiya nəticələri.b p-NiO sensoru və c n-SnO2 sensoru quru havada və H2 və NO2 təsirindən sonra I-V xüsusiyyətlərini ölçür və uyğunlaşdırır.Sentaurus TCAD proqram təminatından istifadə etməklə p-NiO-da b-deşik sıxlığının ikiölçülü xəritəsi və n-SnO2 qatında c-elektronların rəng miqyası ilə xəritəsi modelləşdirilmişdir.d Quru havada p-NiO/n-SnO2, ətraf mühitdə H2 və NO2157-nin 3D xəritəsini göstərən simulyasiya nəticələri.
Materialın özünün kimyəvi xassələri ilə yanaşı, Tip III qurğunun strukturu I və II Tip cihazlarda mümkün olmayan özü ilə işləyən qaz sensorlarının yaradılması imkanını nümayiş etdirir.Özlərinə xas olan elektrik sahəsinə (BEF) görə, pn hetero-qovuşma diod strukturları adətən fotovoltaik cihazların qurulması üçün istifadə olunur və işıqlandırma altında otaq temperaturunda öz-özünə işləyən fotoelektrik qaz sensorlarının hazırlanması potensialını göstərir74,158,159,160,161.Materialların Fermi səviyyələrindəki fərqin yaratdığı heterointerfeysdə BEF də elektron-deşik cütlərinin ayrılmasına kömək edir.Öz-özünə işləyən fotovoltaik qaz sensorunun üstünlüyü onun aşağı enerji istehlakıdır, çünki o, işıqlandırıcı işığın enerjisini udmaq və daha sonra xarici enerji mənbəyinə ehtiyac olmadan özünü və ya digər miniatür cihazları idarə edə bilər.Məsələn, Tanuma və Sugiyama162, SnO2 əsaslı polikristal CO2 sensorlarını aktivləşdirmək üçün günəş hüceyrələri kimi NiO/ZnO pn heteroqovuşmalarını hazırladılar.Gad və b.74, Şəkil 10a-da göstərildiyi kimi, Si / ZnO@CdS pn heteroqovşağına əsaslanan öz-özünə işləyən fotovoltaik qaz sensoru haqqında məlumat verdi.Şaquli yönümlü ZnO nanotelləri Si/ZnO pn heteroqovuşmaları yaratmaq üçün birbaşa p-tipli silikon substratlarda yetişdirildi.Sonra CdS nanohissəcikləri ZnO nanotellərinin səthində kimyəvi səth modifikasiyası ilə modifikasiya edilmişdir.Əncirdə.10a, O2 və etanol üçün off-line Si/ZnO@CdS sensor cavab nəticələrini göstərir.İşıqlandırma altında Si/ZnO heterointerfeysdə BEP zamanı elektron-deşik cütlərinin ayrılması ilə bağlı açıq dövrə gərginliyi (Voc) bağlı diodların sayı ilə xətti olaraq artır74,161.Voc tənlik ilə təmsil oluna bilər.(5) 156,
burada ND, NA və Ni müvafiq olaraq donorların, qəbuledicilərin və daxili daşıyıcıların konsentrasiyasıdır və k, T və q əvvəlki tənlikdəki kimi eyni parametrlərdir.Oksidləşdirici qazlara məruz qaldıqda, ZnO nanotellərindən elektronları çıxarırlar ki, bu da \(N_D^{ZnO}\) və Voc-un azalmasına səbəb olur.Əksinə, qazın azalması Voc-un artması ilə nəticələndi (şək. 10a).ZnO-nu CdS nanohissəcikləri ilə bəzəyərkən, CdS nanohissəciklərindəki fotohəyəcanlı elektronlar ZnO-nun keçiricilik zolağına yeridilir və adsorbsiya olunmuş qazla qarşılıqlı əlaqədə olur və bununla da qavrayış səmərəliliyi artır74,160.Si/ZnO-ya əsaslanan oxşar öz-özünə işləyən fotovoltaik qaz sensoru Hoffmann et al.160, 161 (şək. 10b).Bu sensor iş funksiyasını tənzimləmək üçün amin funksiyalı ZnO nanohissəcikləri ([3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoksisilan) (amino-funksionallaşdırılmış-SAM) və tiol ((3-merkaptopropil)-funksionallaşdırılmış xətt istifadə edərək hazırlana bilər. NO2 (trimetoksisilan) (tiol-funksionallaşdırılmış-SAM)) selektiv aşkarlanması üçün hədəf qazın (Şəkil 10b) 74,161.
III tipli cihazın strukturuna əsaslanan öz-özünə işləyən fotoelektrik qaz sensoru.Si/ZnO@CdS-ə əsaslanan öz-özünə işləyən fotovoltaik qaz sensoru, günəş işığı altında oksidləşmiş (O2) və azaldılmış (1000 ppm etanol) qazlara qarşı sensor reaksiyası və özünü idarə edən sensor mexanizmi;74b Si ZnO/ZnO sensorlarına əsaslanan öz-özünə işləyən fotovoltaik qaz sensoru və ZnO SAM-ın terminal aminlər və tiollarla funksionallaşdırılmasından sonra müxtəlif qazlara sensor reaksiyaları 161
Buna görə də, III tip sensorların həssas mexanizmini müzakirə edərkən, hetero-qovuşma maneəsinin hündürlüyünün dəyişməsini və qazın daşıyıcının konsentrasiyasına təsir etmək qabiliyyətini müəyyən etmək vacibdir.Bundan əlavə, işıqlandırma qazlarla reaksiya verən fotogenerasiya edilmiş daşıyıcılar yarada bilər ki, bu da öz-özünə işləyən qazın aşkarlanması üçün perspektivlidir.
Bu ədəbiyyat icmalında müzakirə edildiyi kimi, sensor işini yaxşılaşdırmaq üçün bir çox müxtəlif MOS heteronanostrukturları hazırlanmışdır.Web of Science verilənlər bazasında müxtəlif açar sözlər (metal oksid kompozitləri, öz qabığı metal oksidləri, laylı metal oksidləri və öz-özünə işləyən qaz analizatorları), eləcə də fərqli xüsusiyyətlər (bolluq, həssaslıq/seçim, enerji istehsal potensialı, istehsal) axtarılıb. .Metod Bu üç cihazdan üçünün xüsusiyyətləri Cədvəl 2-də göstərilmişdir. Yüksək performanslı qaz sensorları üçün ümumi dizayn konsepsiyası Yamazoe tərəfindən təklif olunan üç əsas amili təhlil etməklə müzakirə olunur.MOS Heterostruktur Sensorları üçün mexanizmlər Qaz sensorlarına təsir edən amilləri başa düşmək üçün müxtəlif MOS parametrləri (məsələn, taxıl ölçüsü, iş temperaturu, qüsur və oksigen boşluq sıxlığı, açıq kristal müstəvilər) diqqətlə öyrənilmişdir.Sensorun algılama davranışı üçün də kritik olan cihaz strukturu diqqətdən kənarda qalmış və nadir hallarda müzakirə edilmişdir.Bu baxış üç tipik cihaz strukturunun aşkarlanması üçün əsas mexanizmləri müzakirə edir.
I tipli sensordakı hissiyyat materialının taxıl ölçüsü strukturu, istehsal üsulu və heteroqovuşmaların sayı sensorun həssaslığına böyük təsir göstərə bilər.Bundan əlavə, sensorun davranışı komponentlərin molar nisbətindən də təsirlənir.Tip II cihaz strukturları (dekorativ heteronanostrukturlar, ikiqatlı və ya çox qatlı filmlər, HSSN-lər) iki və ya daha çox komponentdən ibarət ən məşhur cihaz strukturlarıdır və elektroda yalnız bir komponent qoşulur.Bu cihazın strukturu üçün keçirici kanalların yerini və onların nisbi dəyişməsini müəyyən etmək qavrayış mexanizminin öyrənilməsində mühüm əhəmiyyət kəsb edir.II tip cihazlara çoxlu müxtəlif iyerarxik heteronanostrukturlar daxil olduğu üçün bir çox fərqli hissetmə mexanizmləri təklif edilmişdir.III tip hiss strukturunda keçirici kanalda heteroqovuşmada əmələ gələn heteroqovuşma üstünlük təşkil edir və qavrayış mexanizmi tamamilə fərqlidir.Buna görə də, hədəf qazın III tip sensora məruz qalmasından sonra heteroqovuşma maneəsinin hündürlüyünün dəyişməsini müəyyən etmək vacibdir.Bu dizaynla enerji istehlakını azaltmaq üçün öz-özünə işləyən fotovoltaik qaz sensorları hazırlana bilər.Bununla belə, hazırkı istehsal prosesi olduqca mürəkkəb olduğundan və həssaslıq ənənəvi MOS əsaslı kimyəvi müqavimətli qaz sensorlarından xeyli aşağı olduğundan, öz-özünə işləyən qaz sensorlarının tədqiqində hələ də xeyli irəliləyiş var.
İyerarxik heteronanostrukturlu qaz MOS sensorlarının əsas üstünlükləri sürət və daha yüksək həssaslıqdır.Bununla belə, MOS qaz sensorlarının bəzi əsas problemləri (məsələn, yüksək iş temperaturu, uzunmüddətli sabitlik, zəif seçicilik və təkrar istehsal, rütubət effektləri və s.) hələ də mövcuddur və praktik tətbiqlərdə istifadə edilməzdən əvvəl həll edilməlidir.Müasir MOS qaz sensorları adətən yüksək temperaturda işləyir və çoxlu enerji istehlak edir, bu da sensorun uzunmüddətli sabitliyinə təsir göstərir.Bu problemi həll etmək üçün iki ümumi yanaşma var: (1) aşağı güclü sensor çiplərinin inkişafı;(2) aşağı temperaturda və hətta otaq temperaturunda işləyə bilən yeni həssas materialların inkişafı.Aşağı güclü sensor çiplərinin inkişafına yanaşmalardan biri keramika və silikon163 əsasında mikro qızdırıcı plitələr hazırlamaqla sensorun ölçüsünü minimuma endirməkdir.Keramika əsaslı mikro qızdırıcı plitələr hər sensor üçün təxminən 50-70 mV enerji istehlak edir, optimallaşdırılmış silikon əsaslı mikro qızdırıcı plitələr isə 300 °C-də davamlı işləyərkən hər sensor üçün 2 mVt qədər az enerji istehlak edə bilər163,164.Yeni sensor materialların inkişafı iş temperaturunu aşağı salmaqla enerji istehlakını azaltmaq üçün effektiv üsuldur və həmçinin sensorun dayanıqlığını yaxşılaşdıra bilər.Sensorun həssaslığını artırmaq üçün MOS ölçüsü azalmağa davam etdikcə, MOS-un istilik sabitliyi daha çox problemə çevrilir və bu da sensor siqnalında sürüşməyə səbəb ola bilər165.Bundan əlavə, yüksək temperatur materialların heterointerfeysdə yayılmasına və sensorun elektron xüsusiyyətlərinə təsir edən qarışıq fazaların meydana gəlməsinə kömək edir.Tədqiqatçılar bildirirlər ki, sensorun optimal işləmə temperaturu uyğun sensor materialları seçmək və MOS heteronanostrukturlarını inkişaf etdirməklə azalda bilər.Yüksək kristallik MOS heteronanostrukturlarının istehsalı üçün aşağı temperatur metodunun axtarışı sabitliyi yaxşılaşdırmaq üçün başqa perspektivli yanaşmadır.
MOS sensorlarının seçiciliyi başqa bir praktik məsələdir, çünki müxtəlif qazlar hədəf qazla birlikdə mövcuddur, MOS sensorları isə çox vaxt birdən çox qaza həssasdır və tez-tez çarpaz həssaslıq nümayiş etdirir.Buna görə də, sensorun hədəf qaza, eləcə də digər qazlara seçiciliyinin artırılması praktik tətbiqlər üçün çox vacibdir.Son bir neçə onillikdə seçim, təlim vektorunun kvantlaşdırılması (LVQ), əsas komponent analizi (PCA), və s. e.Cinsi problemlər.Qismən Ən Kiçik Kvadratlar (PLS) və s. 31, 32, 33, 34. Elektron burunların qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün iki əsas amil (hissedici materialın növü ilə sıx əlaqəli olan sensorların sayı və hesablama analizi) çox vacibdir. qazları müəyyən etmək üçün169.Bununla belə, sensorların sayının artırılması adətən bir çox mürəkkəb istehsal prosesini tələb edir, ona görə də elektron burunların işini yaxşılaşdırmaq üçün sadə üsul tapmaq çox vacibdir.Bundan əlavə, MOS-u digər materiallarla dəyişdirmək də sensorun seçiciliyini artıra bilər.Məsələn, NP Pd ilə dəyişdirilmiş MOS-un yaxşı katalitik fəaliyyəti sayəsində H2-nin seçici aşkarlanmasına nail olmaq olar.Son illərdə bəzi tədqiqatçılar ölçü istisnası vasitəsilə sensor seçiciliyini yaxşılaşdırmaq üçün MOS MOF səthini örtdülər171,172.Bu işdən ilhamlanaraq, materialın funksionallaşdırılması seçicilik problemini bir şəkildə həll edə bilər.Bununla belə, düzgün material seçmək üçün hələ çox iş görülməlidir.
Eyni şəraitdə və üsullarla istehsal edilən sensorların xarakteristikalarının təkrarlanması geniş miqyaslı istehsal və praktik tətbiqlər üçün digər vacib tələbdir.Tipik olaraq, sentrifuqa və daldırma üsulları yüksək məhsuldarlıqlı qaz sensorlarının istehsalı üçün aşağı qiymətli üsullardır.Bununla belə, bu proseslər zamanı həssas material yığılmağa meyllidir və həssas material ilə substrat arasındakı əlaqə zəifləyir68, 138, 168. Nəticədə sensorun həssaslığı və dayanıqlığı əhəmiyyətli dərəcədə pisləşir və performans təkrar istehsal olunur.Püskürtmə, ALD, impulslu lazer çökmə (PLD) və fiziki buxar çökmə (PVD) kimi digər istehsal üsulları birbaşa naxışlı silikon və ya alüminium substratlarında ikiqatlı və ya çox qatlı MOS filmlərinin istehsalına imkan verir.Bu üsullar həssas materialların yığılmasının qarşısını alır, sensorun təkrar istehsalını təmin edir və planar nazik təbəqəli sensorların geniş miqyaslı istehsalının mümkünlüyünü nümayiş etdirir.Bununla belə, bu yastı filmlərin həssaslığı kiçik xüsusi səth sahəsinə və aşağı qaz keçiriciliyinə görə ümumiyyətlə 3D nanostrukturlu materiallardan xeyli aşağıdır41,174.Strukturlaşdırılmış mikroarraylarda xüsusi yerlərdə MOS heteronanostrukturlarını böyütmək və həssas materialların ölçüsünə, qalınlığına və morfologiyasına dəqiq nəzarət etmək üçün yeni strategiyalar yüksək təkrarlanma və həssaslığa malik vafli səviyyəli sensorların aşağı qiymətə istehsalı üçün vacibdir.Məsələn, Liu et al.174, müəyyən yerlərdə in situ Ni(OH)2 nanodivarlarını böyütməklə yüksək məhsuldarlıqlı kristalitlərin istehsalı üçün yuxarıdan aşağıya və aşağıdan yuxarıya birləşmiş strategiya təklif etmişdir..Mikroburnerlər üçün vaflilər.
Bundan əlavə, praktik tətbiqlərdə rütubətin sensora təsirini nəzərə almaq da vacibdir.Su molekulları sensor materiallarında adsorbsiya yerləri üçün oksigen molekulları ilə rəqabət apara bilər və sensorun hədəf qaz üçün məsuliyyətinə təsir göstərə bilər.Oksigen kimi su da fiziki sorbsiya yolu ilə molekul kimi çıxış edir və həmçinin kimyəvi sorbsiya yolu ilə müxtəlif oksidləşmə stansiyalarında hidroksil radikalları və ya hidroksil qrupları şəklində mövcud ola bilər.Bundan əlavə, ətraf mühitin yüksək səviyyəsi və dəyişkən rütubəti səbəbindən sensorun hədəf qaza etibarlı cavab verməsi böyük problemdir.Bu problemi həll etmək üçün qazın əvvəlcədən konsentrasiyası177, rütubətin kompensasiyası və çarpaz reaktiv şəbəkə üsulları178, həmçinin qurutma üsulları179,180 kimi bir neçə strategiya işlənib hazırlanmışdır.Bununla belə, bu üsullar bahalı, mürəkkəbdir və sensorun həssaslığını azaldır.Rütubətin təsirlərini yatırtmaq üçün bir neçə ucuz strategiya təklif edilmişdir.Məsələn, SnO2-nin Pd nanohissəcikləri ilə bəzədilməsi adsorbsiya edilmiş oksigenin anion hissəciklərə çevrilməsinə kömək edə bilər, SnO2-nin isə NiO və CuO kimi su molekullarına yüksək yaxınlığı olan materiallarla funksionallaşdırılması su molekullarından nəmdən asılılığın qarşısını almağın iki yoludur..Sensorlar 181, 182, 183. Bundan əlavə, rütubətin təsirini hidrofobik səthlər yaratmaq üçün hidrofobik materiallardan istifadə etməklə də azaltmaq olar36,138,184,185.Bununla belə, nəmə davamlı qaz sensorlarının inkişafı hələ erkən mərhələdədir və bu problemləri həll etmək üçün daha təkmil strategiyalar tələb olunur.
Yekun olaraq, MOS heteronanostrukturlarını yaratmaqla aşkarlama performansında təkmilləşdirmələrə (məsələn, həssaslıq, seçicilik, aşağı optimal işləmə temperaturu) nail olunub və müxtəlif təkmilləşdirilmiş aşkarlama mexanizmləri təklif olunub.Müəyyən bir sensorun hissetmə mexanizmini öyrənərkən cihazın həndəsi quruluşu da nəzərə alınmalıdır.Qaz sensorlarının işini daha da təkmilləşdirmək və gələcəkdə qalan problemləri həll etmək üçün yeni zondlama materialları və qabaqcıl istehsal strategiyaları üzrə tədqiqatlar tələb olunacaq.Sensor xüsusiyyətlərinin idarə olunan tənzimlənməsi üçün sensor materiallarının sintetik üsulu ilə heteronanostrukturların funksiyası arasında əlaqəni sistematik şəkildə qurmaq lazımdır.Bundan əlavə, müasir səciyyələndirmə metodlarından istifadə etməklə səth reaksiyalarının və heterointerfeyslərdə dəyişikliklərin öyrənilməsi onların qavranılması mexanizmlərini aydınlaşdırmağa kömək edə bilər və heteronanostrukturlu materiallar əsasında sensorların inkişafı üçün tövsiyələr verə bilər.Nəhayət, müasir sensor istehsal strategiyalarının tədqiqi sənaye tətbiqləri üçün vafli səviyyəsində miniatür qaz sensorlarının istehsalına imkan verə bilər.
Genzel, NN et al.Şəhər yerlərində astma xəstəsi olan uşaqlarda qapalı azot dioksid səviyyələrinin və tənəffüs simptomlarının uzunlamasına tədqiqi.məhəllə.Sağlamlıq perspektivi.116, 1428–1432 (2008).


Göndərmə vaxtı: 04 noyabr 2022-ci il