D'Entwécklung vu High-Performance, portablen a miniaturiséierte Gassensoren kritt ëmmer méi Opmierksamkeet an de Beräicher vun der Ëmweltiwwerwaachung, Sécherheet, medizinescher Diagnostik a Landwirtschaft.Ënnert verschiddenen Detektiounsinstrumenter, Metal-Oxid-Halbleiter (MOS) chemo-resistive Gassensoren sinn déi populärste Wiel fir kommerziell Uwendungen wéinst hirer héijer Stabilitéit, niddrege Käschten an héijer Empfindlechkeet.Ee vun de wichtegsten Approche fir d'Performance vum Sensor weider ze verbesseren ass d'Schafung vun nanosized MOS-baséiert Heterojunctions (hetero-nanostrukturéiert MOS) aus MOS Nanomaterialien.Wéi och ëmmer, de Sensemechanismus vun engem heteronanostrukturéierten MOS-Sensor ass anescht wéi dee vun engem eenzegen MOS-Gassensor, well et zimmlech komplex ass.D'Sensorleistung gëtt vu verschiddene Parameteren beaflosst, dorënner déi physesch a chemesch Eegeschafte vum sensiblen Material (wéi Korngréisst, Defektdicht, a Material Sauerstoffvakanzen), Operatiounstemperatur an Apparatstruktur.Dës Iwwerpréiwung presentéiert verschidde Konzepter fir High-Performance-Gassensoren ze designen andeems de Sensingmechanismus vun heterogenen nanostrukturéierten MOS Sensoren analyséiert gëtt.Zousätzlech gëtt den Afloss vun der geometrescher Struktur vum Apparat, bestëmmt duerch d'Relatioun tëscht dem sensiblen Material an der Aarbechtselektrode, diskutéiert.Fir d'Sensorverhalen systematesch ze studéieren, stellt an diskutéiert dësen Artikel den allgemenge Mechanismus vun der Perceptioun vun dräi typesche geometresche Strukture vun Apparater op Basis vu verschiddenen heteronanostrukturéierten Materialien.Dësen Iwwerbléck wäert als Guide fir zukünfteg Lieser déngen, déi sensibel Mechanismen vu Gassensoren studéieren an héichleistungsgassensoren entwéckelen.
Loftverschmotzung ass en ëmmer méi eeschte Problem an e seriöse globalen Ëmweltproblem deen d'Wuelbefannen vu Leit a Liewewiesen bedroht.Inhalatioun vu gasforme Verschmotzunge ka vill Gesondheetsproblemer verursaachen wéi Atmungskrankheeten, Lungenkrebs, Leukämie a souguer virzäitegen Doud1,2,3,4.Vun 2012 bis 2016 goufe gemellt Millioune vu Leit un der Loftverschmotzung gestuerwen ze sinn, an all Joer ware Milliarde Leit u schlechter Loftqualitéit ausgesat5.Dofir ass et wichteg portabel a miniaturiséiert Gassensoren z'entwéckelen, déi Echtzäit Feedback an héich Detektiounsleistung ubidden (zB Empfindlechkeet, Selektivitéit, Stabilitéit an Äntwert- an Erhuelungszäiten).Nieft der Ëmweltiwwerwaachung spillen Gassensoren eng vital Roll a Sécherheet6,7,8, medizinesch Diagnostik9,10, Aquakultur11 an aner Felder12.
Bis haut goufen e puer portable Gassensoren op Basis vu verschiddene Senséierungsmechanismen agefouert, sou wéi optesch13,14,15,16,17,18, elektrochemesch19,20,21,22 a chemesch resistive Sensoren23,24.Ënnert hinnen, Metal-Oxid-Halbleiter (MOS) chemesch resistive Sensoren sinn déi populär an kommerziellen Uwendungen wéinst hirer héijer Stabilitéit an niddrege Käschten25,26.D'Kontaminatiounskonzentratioun kann einfach bestëmmt ginn andeems d'Verännerung vun der MOS Resistenz festgestallt gëtt.Am fréie 1960er, goufen déi éischt chemo-resistive Gas Sensoren baséiert op ZnO dënn Filmer gemellt, generéiert groussen Interessi am Beräich vun Gas Detektioun27,28.Haut gi vill verschidde MOS als Gasempfindlech Materialien benotzt, a si kënnen an zwou Kategorien opgedeelt ginn op Basis vun hire physikaleschen Eegeschaften: n-Typ MOS mat Elektronen als Majoritéit Ladendréier an p-Typ MOS mat Lächer als Majoritéit Ladendréier.charge Trägere.Allgemeng ass de p-Typ MOS manner populär wéi den n-Typ MOS, well d'induktiv Äntwert vum p-Typ MOS (Sp) proportional zu der Quadratwurzel vum n-Typ MOS ass (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) op déiselwecht Viraussetzungen (zum Beispill déiselwecht morphologesch Struktur an déiselwecht Ännerung vun der Béie vun de Bänner an der Loft) 29,30.Wéi och ëmmer, Single-Basis MOS-Sensoren hunn nach ëmmer Probleemer wéi net genuch Detektiounslimit, geréng Sensibilitéit a Selektivitéit an prakteschen Uwendungen.Selektivitéitsprobleemer kënnen zu engem gewësse Mooss adresséiert ginn andeems Arrays vu Sensoren erstallt ginn (genannt "elektronesch Nues") an integratioun vun computational Analyse Algorithmen wéi Training Vecteure Quantization (LVQ), Haaptkomponent Analyse (PCA), an partiell klengste Quadrat (PLS) Analyse31, 32, 33, 34, 35. Zousätzlech, d'Produktioun vun niddereg-zweedimensional MOS32,36,37,38,39 (zB eendimensional (1D), 0D an 2D Nanomaterialien, wéi och d'Benotzung vun anere Nanomaterial ( zB MOS40,41,42, Edelmetall Nanopartikelen (NPs))43,44, Kuelestoff Nanomaterialien45,46 a konduktiv Polymere47,48) fir Nanoskala Heterojunctions ze kreéieren (dh heteronanostrukturéiert MOS) sinn aner bevorzugt Approche fir déi uewe genannte Problemer ze léisen.Am Verglach mat traditionelle décke MOS Filmer, niddereg-zweedimensional MOS mat héije spezifesche Fläch kënne méi aktiv Siten fir Gasadsorptioun ubidden a Gasdiffusioun36,37,49 erliichteren.Zousätzlech kann den Design vu MOS-baséiert Heteronanostrukturen weider Carrier Transport op der Heterointerface ofstëmmen, wat zu grousse Verännerunge vun der Resistenz wéinst verschiddene Betribsfunktiounen50,51,52 resultéiert.Zousätzlech kënnen e puer vun de chemeschen Effekter (zB katalytesch Aktivitéit a synergistesch Uewerflächereaktiounen) déi am Design vu MOS heteronanostructures geschéien, och d'Sensorleistung verbesseren.50,53,54 Och wann MOS heteronanostrukturen designen a fabrizéiere wier eng villverspriechend Approche fir ze verbesseren. Sensor Leeschtung, modern chemo-resistive Sensoren benotzen typesch Versuch a Feeler, wat Zäit-opwänneg an ineffizient ass.Dofir ass et wichteg de Senséierungsmechanismus vu MOS-baséierte Gassensoren ze verstoen well et den Design vun High-Performance Directional Sensoren guidéiere kann.
An de leschte Joeren hunn MOS Gas Sensoren séier entwéckelt an e puer Berichter goufen iwwer MOS Nanostrukturen55,56,57, Raumtemperatur Gassensoren58,59, speziell MOS Sensormaterial60,61,62 a Spezialgassensoren63 publizéiert.En Iwwerpréiwungspabeier an Aner Rezensiounen konzentréiert sech op d'Erklärung vum Sensingmechanismus vu Gassensoren op Basis vun den intrinsesche physikaleschen a chemeschen Eegeschafte vu MOS, dorënner d'Roll vun Sauerstoffvakanzen 64, d'Roll vun heteronanostrukturen 55, 65 a Chargetransfer bei heterointerfaces 66. Zousätzlech. , vill aner Parameteren beaflossen d'Sensorleistung, och d'Heterostruktur, d'Korngréisst, d'Betribstemperatur, d'Defektdicht, d'Sauerstoffvakanzen, a souguer oppe Kristallflächen vum sensiblen Material25,67,68,69,70,71.72, 73. Wéi och ëmmer, déi (selten ernimmt) geometresch Struktur vum Apparat, bestëmmt duerch d'Relatioun tëscht dem Sensingmaterial an der Aarbechtselektrode, beaflosst och d'Sensibilitéit vum Sensor74,75,76 wesentlech (kuckt Sektioun 3 fir méi Detailer) .Zum Beispill, Kumar et al.77 gemellt zwee Gas Sensor baséiert op déi selwecht Material (zB zwee-Layer Gas Sensor baséiert op TiO2@NiO an NiO@TiO2) an observéiert verschidden Ännerungen an NH3 Gas Resistenz wéinst verschiddenen Apparat Geometrien.Dofir, wann Dir e Gassensormechanismus analyséiert, ass et wichteg d'Struktur vum Apparat ze berücksichtegen.An dëser Iwwerpréiwung konzentréieren d'Auteuren op MOS-baséiert Detektiounsmechanismen fir verschidde heterogen Nanostrukturen an Apparatstrukturen.Mir gleewen datt dës Iwwerpréiwung als Guide fir Lieser dénge kann, déi Gasdetektiounsmechanismen wëllen verstoen an analyséieren a kënnen zu der Entwécklung vun zukünftege High-Performance Gassensoren bäidroen.
Op Fig.1a weist de Basismodell vun engem Gassensormechanismus baséiert op enger eenzeger MOS.Wéi d'Temperatur eropgeet, wäert d'Adsorptioun vu Sauerstoff (O2) Molekülle op der MOS Uewerfläch Elektronen aus dem MOS unzéien an anionesch Spezies bilden (wéi O2- an O-).Dann entsteet dann eng Elektronentarmschicht (EDL) fir en n-Typ MOS oder eng Lachakkumulatiounschicht (HAL) fir e p-Typ MOS op der Uewerfläch vum MOS 15, 23, 78. D'Interaktioun tëscht O2 an der MOS verursaacht d'Leedungsband vun der Uewerfläch MOS no uewen ze béien an eng potenziell Barrière ze bilden.Duerno, wann de Sensor dem Zilgas ausgesat ass, reagéiert de Gas, deen op der Uewerfläch vum MOS adsorbéiert ass, mat ionesche Sauerstoffaarten, entweder Elektronen unzezéien (oxidéierend Gas) oder Elektronen spenden (Reduktiounsgas).Elektronentransfer tëscht dem Zilgas an dem MOS kann d'Breet vun der EDL oder HAL30,81 upassen, wat zu enger Verännerung vun der Gesamtresistenz vum MOS-Sensor resultéiert.Zum Beispill, fir e Reduzéierungsgas gëtt Elektronen vum Reduzéierungsgas op en n-Typ MOS transferéiert, wat zu enger méi niddereger EDL a méi niddereger Resistenz resultéiert, wat als n-Typ Sensorverhalen bezeechent gëtt.Am Géigesaz, wann e p-Typ MOS un engem Reduzéierungsgas ausgesat ass, deen d'P-Typ Sensibilitéitsverhalen bestëmmt, schrumpft d'HAL an d'Resistenz erhéicht wéinst Elektronenspende.Fir oxidéierend Gase ass d'Sensorreaktioun entgéintgesate wéi déi fir d'Gasen ze reduzéieren.
Basis Detektiounsmechanismen fir n-Typ a P-Typ MOS fir d'Reduktioun an d'Oxidatioun vu Gasen b Schlësselfaktoren a physikalesch-chemesch oder materiell Eegeschafte involvéiert an Halbleitergassensoren 89
Nieft dem Basisdetektiounsmechanismus sinn d'Gaserkennungsmechanismen, déi a praktesche Gassensoren benotzt ginn, zimlech komplex.Zum Beispill muss d'tatsächlech Notzung vun engem Gassensor vill Ufuerderungen erfëllen (wéi Sensibilitéit, Selektivitéit a Stabilitéit) ofhängeg vun de Bedierfnesser vum Benotzer.Dës Ufuerderunge sinn enk verbonne mat de physikaleschen a chemeschen Eegeschafte vum sensiblen Material.Zum Beispill, Xu et al.71 bewisen, datt SnO2 baséiert Sensoren déi héchste Empfindlechkeet erreechen wann de Kristallsglas produzéiert Duerchmiesser (d) ass gläich oder manner wéi zweemol der Debye Längt (λD) vun SnO271.Wann d ≤ 2λD, ass SnO2 komplett ausgebaut no der Adsorptioun vun O2 Molekülle, an d'Äntwert vum Sensor op d'Reduktiounsgas ass maximal.Zousätzlech kënnen verschidden aner Parameteren d'Sensorleistung beaflossen, dorënner d'Betribstemperatur, d'Kristalldefekter a souguer ausgesat Kristallflächen vum Sensingmaterial.Besonnesch den Afloss vun der Operatiounstemperatur gëtt erkläert duerch déi méiglech Konkurrenz tëscht den Tariffer vun der Adsorptioun an der Desorptioun vum Zilgas, wéi och d'Uewerflächreaktivitéit tëscht adsorbéierten Gasmolekülen a Sauerstoffpartikel4,82.Den Effekt vu Kristalldefekte ass staark mam Inhalt vu Sauerstoffvakanzen [83, 84] verbonnen.D'Operatioun vum Sensor kann och duerch verschidde Reaktivitéit vun oppene Kristallsiichter67,85,86,87 beaflosst ginn.Open Kristallsfläche mat méi niddereger Dicht verroden méi onkoordinéiert Metallkatioune mat méi héijer Energien, déi d'Uewerflächenadsorptioun an d'Reaktivitéit förderen88.Table 1 listet verschidde Schlësselfaktoren an hir verbonne verbessert Perceptuell Mechanismen.Dofir, andeems Dir dës Materialparameter upasst, kann d'Erkennungsleistung verbessert ginn, an et ass kritesch fir d'Schlësselfaktoren ze bestëmmen déi d'Sensorleistung beaflossen.
Yamazoe89 a Shimanoe et al.68,71 hunn eng Rei Studien iwwer den theoreteschen Mechanismus vun der Sensor Perceptioun gemaach a proposéiert dräi onofhängeg Schlësselfaktoren déi d'Sensorleistung beaflossen, speziell Rezeptorfunktioun, Transducerfunktioun an Utility (Fig. 1b)..Rezeptor Funktioun bezitt sech op d'Fäegkeet vun der MOS Uewerfläch fir mat Gasmoleküle ze interagéieren.Dës Funktioun ass enk mat de chemeschen Eegeschafte vu MOS verbonnen a ka wesentlech verbessert ginn andeems se auslännesch Akzeptoren (zum Beispill Metall NPs an aner MOS) aféieren.D'Transducerfunktioun bezitt sech op d'Fäegkeet fir d'Reaktioun tëscht dem Gas an der MOS-Uewerfläch an en elektrescht Signal ze konvertéieren, dominéiert vun de Kärgrenze vum MOS.Also ass d'Sensorfunktioun wesentlech vun der MOC-Partikelgréisst an der Dicht vun auslännesche Rezeptoren beaflosst.Katoch et al.90 bericht datt d'Korngréisst Reduktioun vun ZnO-SnO2 Nanofibrillen zu der Bildung vu villen Heterojunctions a verstäerkter Sensorempfindlechkeet gefouert huet, konsequent mat der Transducer Funktionalitéit.Wang et al.91 verglach verschidde Korngréissten vun Zn2GeO4 a bewisen eng 6,5-fache Erhéijung vun der Sensorempfindlechkeet no der Aféierung vu Getreidegrenzen.D'Utilitéit ass en anere Schlësselsensorleistungsfaktor deen d'Disponibilitéit vu Gas un déi intern MOS Struktur beschreift.Wann d'Gasmoleküle net penetréieren a mat der interner MOS reagéiere kënnen, gëtt d'Sensibilitéit vum Sensor reduzéiert.D'Nëtzlechkeet ass enk mat der Diffusiounsdéift vun engem bestëmmte Gas verbonnen, wat vun der Poregréisst vum Sensingmaterial hänkt.Sakai et al.92 modelléiert d'Sensibilitéit vum Sensor fir d'Ofgasen an huet festgestallt datt souwuel de Molekulargewiicht vum Gas wéi och de Pore Radius vun der Sensormembran d'Sensibilitéit vum Sensor bei verschiddene Gasdiffusiounsdéiften an der Sensormembran beaflossen.D'Diskussioun hei uewen weist datt High-Performance Gassensoren entwéckelt kënne ginn andeems d'Rezeptorfunktioun, d'Transducerfunktioun an d'Utilitéit balancéieren an optimiséieren.
Déi uewe genannte Aarbecht klärt de Basis Perceptiounsmechanismus vun engem eenzegen MOS an diskutéiert verschidde Faktoren, déi d'Leeschtung vun engem MOS beaflossen.Zousätzlech zu dëse Faktoren kënnen Gassensoren op Basis vu Heterostrukturen d'Sensorleistung weider verbesseren andeems d'Sensor- a Rezeptorfunktiounen wesentlech verbesseren.Zousätzlech kënnen heteronanostrukturen d'Sensorleistung weider verbesseren andeems se katalytesch Reaktiounen verbesseren, Ladungstransfer reguléieren a méi Adsorptiounsplazen kreéieren.Bis haut hu vill Gassensoren baséiert op MOS Heteronanostrukturen studéiert fir Mechanismen fir verstäerkte Sensing95,96,97 ze diskutéieren.Miller et al.55 huet verschidde Mechanismen zesummegefaasst, déi méiglecherweis d'Sensibilitéit vun heteronanostrukturen verbesseren, dorënner Uewerfläch-ofhängeg, Interface-ofhängeg a Strukturofhängeg.Ënnert hinnen ass den Interface-ofhängegen Verstäerkungsmechanismus ze komplizéiert fir all Interface-Interaktiounen an enger Theorie ze decken, well verschidde Sensoren baséiert op heteronanostrukturéierte Materialien (zum Beispill nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction, etc.) .Schottky Knot).Typesch, MOS-baséiert heteronanostrukturéiert Sensoren enthalen ëmmer zwee oder méi fortgeschratt Sensormechanismen98,99,100.De synergisteschen Effekt vun dësen Verstäerkungsmechanismen kann den Empfang an d'Veraarbechtung vu Sensorsignaler verbesseren.Also, de Mechanismus vun der Perceptioun vu Sensoren ze verstoen baséiert op heterogenen nanostrukturéierte Materialien ass entscheedend fir Fuerscher ze hëllefen, Bottom-up Gassensoren am Aklang mat hire Bedierfnesser z'entwéckelen.Zousätzlech kann d'geometresch Struktur vum Apparat och d'Sensibilitéit vum Sensor wesentlech beaflossen 74, 75, 76. Fir d'Behuele vum Sensor systematesch ze analyséieren, ginn d'Senséiermechanismen vun dräi Apparatstrukturen op Basis vu verschiddenen heteronanostrukturéierten Materialien presentéiert. an ënnert diskutéiert.
Mat der rapider Entwécklung vu MOS-baséiert Gassensoren, goufen verschidde hetero-nanostrukturéiert MOS proposéiert.De Chargetransfer am Heterointerface hänkt vun de verschiddene Fermi-Niveauen (Ef) vun de Komponenten of.Um Heterointerface bewegen Elektronen vun enger Säit mat engem gréisseren Ef op déi aner Säit mat engem méi klenge Ef bis hir Fermi-Niveauen Gläichgewiicht erreechen, a Lächer, vice-versa.Dann sinn d'Carrieren am Heterointerface ofgeschaaft a bilden eng ofgebauter Schicht.Wann de Sensor dem Zilgas ausgesat ass, ännert sech déi heteronanostrukturéiert MOS Carrier Konzentratioun, sou wéi d'Barriär Héicht, an doduerch d'Erkennungssignal verbessert.Zousätzlech féieren verschidde Methoden fir heteronanostrukturen ze fabrizéieren zu verschiddene Bezéiungen tëscht Materialien an Elektroden, wat zu verschiddenen Apparatgeometrien a verschidde Sensungsmechanismen féiert.An dëser Iwwerpréiwung proposéiere mir dräi geometresch Apparatstrukturen an diskutéieren de Sensingmechanismus fir all Struktur.
Och wann Heterojunctions eng ganz wichteg Roll bei der Gaserkennungsleistung spillen, kann d'Apparatgeometrie vum ganze Sensor och d'Detektiounsverhalen wesentlech beaflossen, well d'Plaz vum Sensorleitungskanal héich vun der Apparatgeometrie ofhängeg ass.Dräi typesch Geometrie vun heterojunction MOS Apparater ginn hei diskutéiert, wéi an der Figur 2. Am éischten Typ sinn zwee MOS Verbindungen zoufälleg tëscht zwou Elektroden verdeelt, an d'Plaz vum konduktiven Kanal gëtt vun der Haapt-MOS bestëmmt, déi zweet ass de Bildung vun heterogenen Nanostrukturen aus verschiddene MOS, während nëmmen eng MOS mat der Elektrode verbonnen ass.Elektroden ass ugeschloss, dann ass de konduktiven Kanal normalerweis am MOS lokaliséiert an ass direkt mat der Elektrode verbonnen.An der drëtter Zort sinn zwee Materialien op zwou Elektroden getrennt befestegt, déi den Apparat duerch eng Heterojunction geformt tëscht deenen zwee Materialien guidéieren.
En Bindestrich tëscht Verbindungen (zB "SnO2-NiO") weist datt déi zwee Komponenten einfach gemëscht sinn (Typ I).En "@" Schëld tëscht zwou Verbindungen (zB "SnO2@NiO") weist datt d'Scafoldmaterial (NiO) mat SnO2 fir eng Typ II Sensorstruktur dekoréiert ass.E Slash (zB "NiO/SnO2") weist en Typ III Sensor Design un.
Fir Gassensoren baséiert op MOS-Kompositen, ginn zwee MOS-Elementer zoufälleg tëscht den Elektroden verdeelt.Vill Fabrikatiounsmethoden goufen entwéckelt fir MOS Kompositen ze preparéieren, dorënner Sol-Gel, Coprecipitation, Hydrothermal, Elektrospinning, a mechanesch Mëschungsmethoden98,102,103,104.Viru kuerzem sinn metall-organesch Kaderen (MOFs), eng Klass vu porösen kristalline strukturéierte Materialien aus Metallzentren an organeschen Linker, als Schabloune fir d'Fabrikatioun vu porösen MOS-Kompositen105,106,107,108 benotzt.Et ass derwäert ze bemierken datt obwuel de Prozentsaz vu MOS-Kompositen d'selwecht ass, kënnen d'Sensibilitéitseigenschaften immens variéieren wann Dir verschidde Fabrikatiounsprozesser benotzt. (Mo:Sn = 1:1,9) a fonnt datt verschidde Fabrikatiounsmethoden zu verschiddene Sensibilitéiten féieren.Shaposhnik et al.110 bericht datt d'Reaktioun vu co-precipitéierten SnO2-TiO2 op gasfërmeg H2 vun där vu mechanesch gemëschte Materialien ënnerscheet, och am selwechte Sn / Ti Verhältnis.Dësen Ënnerscheed entsteet well d'Relatioun tëscht MOP a MOP Kristallitgréisst variéiert mat verschiddene Synthesemethoden109,110.Wann d'Korngréisst a Form konsequent sinn wat d'Spenderdicht an d'Halbleitertyp ugeet, soll d'Äntwert d'selwecht bleiwen wann d'Kontaktgeometrie net 110 ännert.Staerz et al.111 gemellt, datt d'Erkennung Charakteristiken vun SnO2-Cr2O3 Kär-Sheath (CSN) Nanofibers a Buedem SnO2-Cr2O3 CSNs bal identesch waren, suggeréiert datt d'Nanofiber Morphologie kee Virdeel bitt.
Zousätzlech zu de verschiddene Fabrikatiounsmethoden beaflossen d'Halleiterarten vun den zwee verschiddene MOSFETs och d'Sensibilitéit vum Sensor.Et kann weider an zwou Kategorien opgedeelt ginn ofhängeg vun ob déi zwee MOSFETs vun der selwechter Zort Hallefleit sinn (nn oder pp Kräizung) oder verschidden Zorten (pn Kräizung).Wann Gassensoren op MOS-Komposite vum selwechten Typ baséieren, andeems de molare Verhältnis vun deenen zwee MOS geännert gëtt, bleift d'Sensibilitéitsreaktiounscharakteristik onverännert, an d'Sensorempfindlechkeet variéiert jee no der Unzuel vun nn- oder pp-heterojunctions.Wann ee Bestanddeel am Komposit dominéiert (zB 0,9 ZnO-0,1 SnO2 oder 0,1 ZnO-0,9 SnO2), gëtt de Leedungskanal vum dominante MOS bestëmmt, den Homojunction-Leedungskanal 92 genannt.Wann d'Verhältnisser vun den zwee Komponenten vergläichbar sinn, gëtt ugeholl datt de Leedungskanal vun der Heterojunction98,102 dominéiert gëtt.Yamazoe et al.112.113 gemellt, datt d'heterokontakt Regioun vun den zwee Komponente kann d'Sensibilitéit vun der Sensor staark verbesseren, well d'heterojunction Barrière geformt wéinst de verschiddene Betribssystemer Fonctiounen vun de Komponente kann effektiv d'Drift Mobilitéit vun der Sensor ze Elektronen ausgesat kontrolléieren.Verschidde Ambiente Gase 112.113.Op Fig.Figur 3a weist datt Sensoren baséiert op SnO2-ZnO fibrous hierarchesch Strukturen mat ënnerschiddlechen ZnO Inhalter (vun 0 bis 10 mol% Zn) selektiv Ethanol erkennen kënnen.Dorënner huet e Sensor baséiert op SnO2-ZnO Faseren (7 mol.% Zn) déi héchste Sensibilitéit duerch d'Bildung vun enger grousser Zuel vun Heterojunctions an enger Erhéijung vun der spezifescher Uewerfläch, déi d'Funktioun vum Konverter erhéicht huet a verbessert huet. Sensibilitéit 90 Allerdéngs, mat enger weiderer Erhéijung vun der ZnO Inhalt ze 10 mol.%, der microstructure SnO2-ZnO Komposit kann Uewerfläch Aktivéierung Beräicher wéckelen an Sensor Sensibilitéit reduzéieren85.En ähnlechen Trend gëtt och beobachtet fir Sensoren baséiert op NiO-NiFe2O4 pp Heterojunction Composites mat verschiddene Fe/Ni Verhältnisser (Fig. 3b)114.
SEM Biller vun SnO2-ZnO Faseren (7 mol.% Zn) a Sensor Äntwert op verschidde Gase mat enger Konzentratioun vun 100 ppm bei 260 ° C;54b Äntwerte vu Sensoren baséiert op reinen NiO- a NiO-NiFe2O4-Komposite bei 50 ppm vu verschiddene Gasen, 260 °C;114 (c) Schematesch Diagramm vun der Unzuel vun Noden an der xSnO2-(1-x)Co3O4 Zesummesetzung an déi entspriechend Resistenz- a Sensibilitéitsreaktiounen vun der xSnO2-(1-x)Co3O4 Zesummesetzung pro 10 ppm CO, Aceton, C6H6 a SO2 Gas bei 350 °C andeems de molare Verhältnis vu Sn/Co 98 geännert gëtt
D'pn-MOS-Komposite weisen ënnerschiddlech Sensibilitéitsverhalen ofhängeg vum Atomverhältnis vu MOS115.Am Allgemengen ass de sensoresche Verhalen vu MOS-Kompositen héich ofhängeg vun deem MOS als primäre Leedungskanal fir de Sensor handelt.Dofir ass et ganz wichteg d'Prozentzuel Zesummesetzung an d'Nanostruktur vu Kompositen ze charakteriséieren.Kim et al.98 bestätegt dës Conclusioun andeems se eng Serie vu xSnO2 ± (1-x) Co3O4 Komposit Nanofaser synthetiséieren andeems se Elektrospinning an hir Sensoreigenschaften studéieren.Si beobachtet datt d'Behuele vum SnO2-Co3O4 Composite-Sensor vun n-Typ op p-Typ gewiesselt gouf andeems de Prozentsaz vu SnO2 (Fig. 3c)98 reduzéiert gëtt.Zousätzlech hunn heterojunction-dominéiert Sensoren (baséiert op 0,5 SnO2-0,5 Co3O4) déi héchste Iwwerdroungsraten fir C6H6 am Verglach mat Homojunction-dominante Sensoren (zB héich SnO2 oder Co3O4 Sensoren).Déi inherent héich Resistenz vum 0.5 SnO2-0.5 Co3O4 baséiert Sensor a seng gréisser Fäegkeet fir d'Gesamtsensorresistenz ze moduléieren bäidroen zu senger héchster Empfindlechkeet op C6H6.Zousätzlech, Gitter-Mëssmatch Mängel, déi aus SnO2-Co3O4 Heterointerfaces staamt, kënne préférentiell Adsorptiounsplaze fir Gasmoleküle erstellen, an doduerch d'Sensorrespons109,116 verbesseren.
Zousätzlech zum Halbleiter-Typ MOS, kann d'Touchverhalen vu MOS Composites och personaliséiert ginn mat der Chimie vum MOS-117.Huo et al.117 hunn eng einfach Soak-Back-Methode benotzt fir Co3O4-SnO2 Composites ze preparéieren a fonnt datt bei engem Co/Sn molar Verhältnis vun 10% de Sensor eng p-Typ Detektiounsreaktioun op H2 an eng n-Typ Sensibilitéit fir H2.Äntwert.Sensorreaktiounen op CO, H2S an NH3 Gase ginn an der Figur 4a117 gewisen.Bei nidderegen Co/Sn-Verhältnisser bilden sech vill Homojunktiounen un de SnO2 ± SnO2 Nanograin Grenzen a weisen n-Typ Sensorreaktiounen op H2 (Fig. 4b, c) 115.Mat enger Erhéijung vum Co/Sn Verhältnis bis zu 10 mol.%, amplaz SnO2-SnO2 homojunctions, vill Co3O4-SnO2 heterojunctions sech gläichzäiteg geformt (Figebam. 4d).Zënter Co3O4 inaktiv ass mat H2, an SnO2 reagéiert staark mat H2, geschitt d'Reaktioun vun H2 mat ionesche Sauerstoffaarten haaptsächlech op der Uewerfläch vum SnO2117.Dofir plënneren Elektronen op SnO2 an Ef SnO2 réckelt op d'Leedungsband, während Ef Co3O4 onverännert bleift.Als Resultat erhéicht d'Resistenz vum Sensor, wat beweist datt Materialien mat engem héije Co/Sn Verhältnis p-Typ Sensing Verhalen weisen (Fig. 4e).Am Géigesaz, CO, H2S an NH3 Gase reagéieren mat ionesche Sauerstoffaarten op der SnO2- a Co3O4-Uewerflächen, an Elektronen réckelen vum Gas op de Sensor, wat zu enger Ofsenkung vun der Barrière Héicht an der n-Typ Sensibilitéit resultéiert (Fig. 4f)..Dëst ënnerschiddlech Sensorverhalen ass wéinst der ënnerschiddlecher Reaktivitéit vu Co3O4 mat verschiddene Gase, wat weider bestätegt gouf vum Yin et al.118.Also, Katoch et al.119 bewisen datt SnO2-ZnO Kompositen gutt Selektivitéit an héich Empfindlechkeet fir H2 hunn.Dëst Verhalen geschitt well H Atomer einfach op d'O Positiounen vum ZnO adsorbéiert kënne ginn duerch staark Hybridiséierung tëscht dem s-Orbital vum H an dem p-Orbital vum O, wat zu Metalliséierung vum ZnO120,121 féiert.
a Co / Sn-10% dynamesch Resistenz Kéieren fir typesch reduzéieren Gasen wéi H2, CO, NH3 an H2S, b, c Co3O4 / SnO2 Komposit Sensing Mechanismus Diagramm fir H2 bei niddereg% m.Co/Sn, df Co3O4 Mechanismus Detektioun vun H2 an CO, H2S an NH3 mat engem héije Co/Sn/SnO2 Komposit
Dofir kënne mir d'Sensibilitéit vum I-Typ Sensor verbesseren andeems Dir entspriechend Fabrikatiounsmethoden auswielen, d'Korngréisst vun de Composite reduzéieren an de molare Verhältnis vun de MOS Composites optimiséieren.Zousätzlech kann en déiwe Verständnis vun der Chimie vum sensiblen Material d'Selektivitéit vum Sensor weider verbesseren.
Typ II Sensorstrukture sinn eng aner populär Sensorstruktur déi eng Vielfalt vun heterogenen nanostrukturéierte Materialien benotze kann, dorënner ee "Meeschter" Nanomaterial an en zweet oder souguer drëtt Nanomaterial.Zum Beispill, een-zweedimensional Materialien mat Nanopartikel dekoréiert, Kär-Shell (CS) a multilayer heteronanostructured Materialien sinn allgemeng an Typ II Sensor Strukturen benotzt a wäert am Detail ënnert diskutéiert ginn.
Fir déi éischt Heteronanostrukturmaterial (dekoréiert Heteronanostruktur), wéi an der Fig.Wéinst der Bildung vun Heterojunctions kënne modifizéiert Nanopartikele méi reaktive Site fir Gasadsorptioun oder Desorptioun ubidden, a kënnen och als Katalysatoren handelen fir d'Senséierleistung ze verbesseren109,122,123,124.Yuan et al.41 bemierkt datt d'Dekoratioun vun WO3 Nanowires mat CeO2 Nanodots méi Adsorptiounsplazen op der CeO2@WO3 Heterointerface an der CeO2 Uewerfläch ubidden a méi chemisorbéiert Sauerstoffaarten fir Reaktioun mat Aceton generéieren.Gunawan et al.125. En ultra-héich Empfindlechkeet Aceton-Sensor baséiert op eendimensionalen Au@α-Fe2O3 gouf proposéiert an et gouf beobachtet datt d'Sensibilitéit vum Sensor duerch d'Aktivatioun vun O2-Moleküle als Sauerstoffquell kontrolléiert gëtt.D'Präsenz vun Au NPs kann als Katalysator handelen fir d'Dissoziatioun vu Sauerstoffmolekülen an Gitter Sauerstoff fir d'Oxidatioun vun Aceton ze förderen.Ähnlech Resultater goufen vum Choi et al.9 wou e Pt Katalysator benotzt gouf fir adsorbéiert Sauerstoffmoleküle an ioniséierter Sauerstoffaarten ze dissoziéieren an déi sensibel Äntwert op Aceton ze verbesseren.Am Joer 2017 huet déiselwecht Fuerschungsteam bewisen datt bimetallesch Nanopartikel vill méi effizient an der Katalyse sinn wéi eenzel Edelmetall Nanopartikelen, wéi an der Figur 5126. 5a ass e Schema vum Fabrikatiounsprozess fir Platin-baséiert bimetallesch (PtM) NPs mat Apoferritinzellen. eng Moyenne Gréisst vu manner wéi 3 nm.Dann, mat der electrospinning Method, PtM @ WO3 nanofibers goufen kritt der Empfindlechkeet an Selektivitéit ze Aceton oder H2S (Figebam. 5b-g).Viru kuerzem hunn eenzel Atom Katalysatoren (SACs) eng exzellente katalytesch Leeschtung am Beräich vun der Katalyse a Gasanalyse gewisen wéinst der maximaler Effizienz vun der Notzung vun Atomer an ofgestëmmte elektronesch Strukturen127,128.Schinn et al.129 benotzt Pt-SA verankert Kuelestoffnitrid (MCN), SnCl2 a PVP Nanosheeten als chemesch Quelle fir Pt@MCN@SnO2 Inline Faseren fir Gasdetektioun ze preparéieren.Trotz dem ganz nidderegen Inhalt vu Pt@MCN (vu 0,13 gew.% bis 0.68 gew.%), ass d'Detektiounsleeschtung vu gasfërmege Formaldehyd Pt@MCN@SnO2 besser wéi aner Referenzproben (reng SnO2, MCN@SnO2 a Pt NPs@) SnO2)..Dës exzellente Detektiounsleistung kann zu der maximaler atomarer Effizienz vum Pt SA Katalysator an der Mindestdeckung vun SnO2129 aktive Site zougeschriwwe ginn.
Apoferritin-belaaschte Verkapselungsmethod fir PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) Nanopartikel ze kréien;dynamesch Gas sensibel Eegeschafte vun bd pristine WO3, PtPd @ WO3, PtRn @ WO3, an Pt-NiO @ WO3 nanofibers;baséiert, zum Beispill, op d'Selektivitéitseigenschaften vu PtPd@WO3, PtRn@WO3 a Pt-NiO@WO3 Nanofaser Sensoren op 1 ppm vum Stéiergas 126
Zousätzlech kënnen Heterojunctions, déi tëscht Scaffoldmaterialien an Nanopartikel geformt ginn, och d'Leedungskanäl duerch e radial Modulatiounsmechanismus moduléieren fir d'Sensorleistung ze verbesseren130,131,132.Op Fig.Figur 6a weist d'Sensorcharakteristike vu pure SnO2 a Cr2O3@SnO2 Nanowires fir d'Gasen ze reduzéieren an ze oxidéieren an déi entspriechend Sensormechanismen131.Am Verglach mat pure SnO2 Nanowires gëtt d'Äntwert vu Cr2O3@SnO2 Nanowires op d'Reduktioun vu Gase staark verbessert, während d'Äntwert op oxidéierend Gase verschlechtert gëtt.Dës Phänomener sinn enk verbonne mat der lokaler Verzögerung vun de Leitungskanäle vun de SnO2 Nanowires an der radialer Richtung vun der geformter pn Heterojunction.D'Sensorresistenz kann einfach ofgestëmmt ginn andeems d'EDL Breet op der Uewerfläch vu pure SnO2 Nanowires geännert gëtt no der Belaaschtung fir d'Reduktioun an d'Oxidatioun vu Gasen.Wéi och ëmmer, fir Cr2O3@SnO2 Nanowires gëtt den initialen DEL vu SnO2 Nanowires an der Loft erhéicht am Verglach mat pure SnO2 Nanowires, an de Leitungskanal gëtt ënnerdréckt wéinst der Bildung vun engem Heterojunction.Dofir, wann de Sensor un engem Reduzéierungsgas ausgesat ass, ginn déi gefaangen Elektronen an d'SnO2 Nanowires fräigelooss an d'EDL gëtt drastesch reduzéiert, wat zu enger méi héijer Sensibilitéit resultéiert wéi pure SnO2 Nanowires.Ëmgekéiert, wann Dir op en oxidéierend Gas wiesselt, ass DEL Expansioun limitéiert, wat zu enger gerénger Empfindlechkeet resultéiert.Ähnlech sensoresch Reaktiounsresultater goufe vum Choi et al., 133 observéiert, an deenen SnO2 Nanowires dekoréiert mat p-Typ WO3 Nanopartikel eng wesentlech verbessert sensoresch Äntwert op d'Reduktioun vu Gasen gewisen hunn, während n-dekoréiert SnO2 Sensoren d'Sensibilitéit fir oxidéierend Gase verbessert hunn.TiO2 Nanopartikelen (Fig. 6b) 133. Dëst Resultat ass haaptsächlech wéinst de verschiddene Aarbechtsfunktiounen vun SnO2 a MOS (TiO2 oder WO3) Nanopartikelen.An p-Typ (n-Typ) Nanopartikelen erweidert (oder kontraktéiert) de Leitungskanal vum Kadermaterial (SnO2) an der radialer Richtung, an dann, ënner der Handlung vun der Reduktioun (oder Oxidatioun), weider Expansioun (oder Ofkierzung) vum Leedungskanal vum SnO2 - Ripp) vum Gas (Fig. 6b).
Radial Modulatiounsmechanismus induzéiert duerch modifizéiert LF MOS.e Resumé vu Gasreaktiounen op 10 ppm Reduzéierungs- an oxidéierend Gase baséiert op pure SnO2 a Cr2O3 @ SnO2 Nanowires an entspriechend Sensingmechanismus schematesch Diagrammer;an entspriechend Schemae vun WO3 @ SnO2 nanorods an Detectioun Mechanismus133
Bei bilayer a multilayer heterostrukturen Apparater gëtt de Leitungskanal vum Apparat dominéiert vun der Schicht (normalerweis déi ënnescht Schicht) am direkte Kontakt mat den Elektroden, an d'Heterojunction, déi um Interface vun den zwou Schichten geformt gëtt, kann d'Konduktivitéit vun der ënneschter Schicht kontrolléieren. .Dofir, wann Gase mat der ieweschter Schicht interagéieren, kënne se d'Leedungskanäl vun der ënneschter Schicht an d'Resistenz 134 vum Apparat wesentlech beaflossen.Zum Beispill, Kumar et al.77 bericht de Géigendeel Verhalen vun TiO2@NiO an NiO@TiO2 Duebelschichten fir NH3.Dësen Ënnerscheed entsteet well d'Leedungskanäl vun deenen zwee Sensoren a Schichten vu verschiddene Materialien dominéieren (NiO respektiv TiO2), an da sinn d'Variatiounen an den ënnerierdesche Leedungskanäl anescht77.
Bilayer oder Multilayer Heteronanostrukture ginn allgemeng duerch Sputtering, Atomschichtdepositioun (ALD) an Zentrifugéierung56,70,134,135,136 produzéiert.D'Filmdicke an d'Kontaktgebitt vun deenen zwee Materialien kënne gutt kontrolléiert ginn.Figuren 7a a b weisen NiO @ SnO2 a Ga2O3 @ WO3 Nanofilme kritt duerch Sputtering fir Ethanol Detektioun135,137.Wéi och ëmmer, dës Methoden produzéieren allgemeng flaach Filmer, an dës flaach Filmer si manner sensibel wéi 3D nanostrukturéiert Materialien wéinst hirer gerénger spezifescher Uewerfläch a Gaspermeabilitéit.Dofir ass eng flësseg Phase Strategie fir d'Fabrikatioun vun Bilayer Filmer mat verschiddenen Hierarchien och proposéiert fir d'perceptuell Leeschtung ze verbesseren andeems d'spezifesch Surface41,52,138 erhéicht gëtt.Zhu et al139 kombinéiert Sputtering an hydrothermesch Techniken fir héich bestallt ZnO Nanowires iwwer SnO2 Nanowires (ZnO@SnO2 Nanowires) fir H2S Detektioun ze produzéieren (Fig. 7c).Seng Äntwert op 1 ppm H2S ass 1,6 Mol méi héich wéi déi vun engem Sensor baséiert op sputtered ZnO@SnO2 Nanofilms.Liu et al.52 gemellt engem héich performant H2S Sensor mat enger zwee-Schrëtt an situ chemesch Oflagerung Method hierarchesch SnO2 @ NiO Nanostrukturen ze fabrizéieren gefollegt vun thermesch annealing (Fig. 10d).Am Verglach mat konventionelle sputtered SnO2@NiO Bilayer Filmer, ass d'Sensibilitéitsleeschtung vun der SnO2@NiO hierarchesch Bilayer Struktur wesentlech verbessert wéinst der Erhéijung vun der spezifescher Uewerfläch52,137.
Duebelschicht Gassensor baséiert op MOS.NiO @ SnO2 Nanofilm fir Ethanol Detektioun;137b Ga2O3 @ WO3 Nanofilm fir Ethanol Detektioun;135c héich bestallt SnO2 @ ZnO bilayer hierarchesch Struktur fir H2S Detektioun;139d SnO2@NiO bilayer hierarchesch Struktur fir H2S52 z'entdecken.
An Typ II Apparater baséiert op Core-Shell Heteronanostrukturen (CSHNs), ass de Sensingmechanismus méi komplex, well d'Leedungskanäl net op déi bannescht Schuel limitéiert sinn.Souwuel d'Fabrikatiounsroute wéi och d'Dicke (hs) vum Package kënnen d'Plaz vun de konduktiven Kanäl bestëmmen.Zum Beispill, wann Dir Bottom-up Synthesemethoden benotzt, sinn d'Leedungskanäl normalerweis op den banneschten Kär limitéiert, wat an der Struktur ähnlech ass wéi zwee-Schicht- oder Multi-Layer Apparatstrukturen (Fig. 2b (3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 huet eng Bottom-up Approche gemellt fir CSHN NiO@α-Fe2O3 a CuO@α-Fe2O3 ze kréien andeems eng Schicht NiO oder CuO NPs op α-Fe2O3 Nanoroden deposéiert, an deenen de Leedungskanal vum zentrale Deel limitéiert war.(nanorods α-Fe2O3).Liu et al.142 huet et och fäerdeg bruecht de Leedungskanal op den Haaptdeel vum CSHN TiO2 @ Si ze beschränken andeems TiO2 op preparéierten Arrays vu Silizium Nanowire deposéiert.Dofir hänkt säi Sensungsverhalen (p-Typ oder n-Typ) nëmmen vun der Hallefleitart vum Silizium Nanowire of.
Wéi och ëmmer, déi meescht gemellt CSHN-baséiert Sensoren (Fig. 2b (4)) goufen fabrizéiert andeems Pulver vum synthetiséierte CS Material op Chips transferéiert ginn.An dësem Fall gëtt de Leedungswee vum Sensor vun der Gehäusedicke (hs) beaflosst.Dem Kim säi Grupp huet den Effet vun hs op d'Gaserkennungsleistung ënnersicht a proposéiert e méiglechen Detektiounsmechanismus100,112,145,146,147,148. Et gëtt ugeholl datt zwee Faktoren zum Sensingmechanismus vun dëser Struktur bäidroen: (1) déi radial Modulatioun vun der EDL vun der Schuel an (2) den elektresche Feldschmiereffekt (Fig. 8) 145. D'Fuerscher hunn erwähnt datt de Leedungskanal vun den Träger ass meeschtens op d'Schuelschicht beschränkt wann hs > λD vun der Schuelschicht145. Et gëtt ugeholl datt zwee Faktoren zum Sensingmechanismus vun dëser Struktur bäidroen: (1) déi radial Modulatioun vun der EDL vun der Schuel an (2) den elektresche Feldschmiereffekt (Fig. 8) 145. D'Fuerscher hunn erwähnt datt de Leedungskanal vun den Träger ass meeschtens op d'Schuelschicht beschränkt wann hs > λD vun der Schuelschicht145. Считается, что в механизме восприятия этой структуры участвуют два фактора: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки и (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. Исследователи отметили, что канал проводимости носителей в основном приурочено к оболочке, когда hs > λD оболочки145. Et gëtt ugeholl datt zwee Faktoren am Mechanismus vun der Perceptioun vun dëser Struktur involvéiert sinn: (1) Radialmodulatioun vun der EDL vun der Schuel an (2) den Effekt vun der Verschlechterung vum elektresche Feld (Fig. 8) 145. D'Fuerscher bemierken datt dat den Trägerleitungskanal ass haaptsächlech op d'Schuel agespaart wann hs > λD Shells145.Et gëtt ugeholl datt zwee Faktoren zum Detektiounsmechanismus vun dëser Struktur bäidroen: (1) déi radial Modulatioun vun der DEL vun der Schuel an (2) den Effekt vun der elektrescher Feldschmierung (Fig. 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倳局限于倳 > λD145 时，载流子的数量主要局限于壳层. Исследователи отметили, что канал проводимости Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителелей в оснг. D'Fuerscher bemierken datt de Leedungskanal Wann hs> λD145 vun der Schuel, d'Zuel vun den Träger haaptsächlech vun der Schuel limitéiert ass.Dofir, an der resistiver Modulatioun vum Sensor baséiert op CSHN, herrscht d'radial Modulatioun vun der Verkleedung DEL (Fig. 8a).Wéi och ëmmer, bei hs ≤ λD vun der Schuel, sinn d'Sauerstoffpartikelen, déi vun der Schuel adsorbéiert sinn, an d'Heterojunction, déi um CS-Heterojunction geformt ass, komplett vun Elektronen ofgebaut. Dofir läit de Leedungskanal net nëmmen an der Schuelschicht mee och deelweis am Kärdeel, besonnesch wann hs < λD vun der Schuelschicht. Dofir läit de Leedungskanal net nëmmen an der Schuelschicht mee och deelweis am Kärdeel, besonnesch wann hs < λD vun der Schuelschicht. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочного слоя, но и частично в сердинце. Dofir läit de Leedungskanal net nëmmen an der Schuelschicht, mee och deelweis am Kärdeel, virun allem um hs < λD vun der Schuelschicht.因此，传导通道不仅位于壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳层层的 hs < λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, net an частично a сердцевинное, спочно. Dofir läit de Leedungskanal net nëmmen an der Schuel, mee och deelweis am Kär, besonnesch um hs < λD vun der Schuel.An dësem Fall hëllefe souwuel déi komplett entschäerft Elektroneschuel wéi och déi deelweis entschäerft Kärschicht d'Resistenz vum ganze CSHN ze moduléieren, wat zu engem elektresche Feldschwanzeffekt resultéiert (Fig. 8b).E puer aner Studien hunn d'EDL Volume Fraktioun Konzept benotzt amplaz vun engem elektresche Feldschwanz fir den hs Effekt100,148 ze analyséieren.Wann Dir dës zwee Bäiträg berécksiichtegt, erreecht d'total Modulatioun vun der CSHN-Resistenz säi gréisste Wäert wann hs mat der Mantel λD vergläichbar ass, wéi an der Fig.Dofir kann den optimalen hs fir CSHN no bei der Schuel λD sinn, wat konsequent mat experimentellen Observatiounen99,144,145,146,149 ass.Verschidde Studien hu gewisen datt hs och d'Sensibilitéit vun CSHN-baséiert pn-heterojunction Sensoren beaflosse kann40,148.Li et al.148; Bai et al.40 systematesch den Effet vun hs op d'Leeschtung vun pn-heterojunction CSHN Sensoren ënnersicht, wéi TiO2@CuO an ZnO@NiO, vun der Ëmmantelungskugel ALD Zyklus änneren.Als Resultat huet sensorescht Verhalen vun p-Typ op n-Typ geännert mat Erhéijung vun hs40,148.Dëst Verhalen ass wéinst der Tatsaach, datt am Ufank (mat enger limitéierter Unzuel vun ALD-Zyklen) Heterostrukturen als modifizéiert Heteronanostrukturen ugesi kënne ginn.Also ass de Leedungskanal limitéiert vun der Kärschicht (p-Typ MOSFET), an de Sensor weist p-Typ Detektiounsverhalen.Wéi d'Zuel vun den ALD-Zyklen eropgeet, gëtt d'Verkleedungsschicht (n-Typ MOSFET) quasi-kontinuéierlech a wierkt als Leedungskanal, wat zu enger n-Typ Sensibilitéit resultéiert.Ähnlech sensoresch Iwwergangsverhalen gouf fir pn verzweigte Heteronanostrukturen 150,151 gemellt.Zhou et al.150 ënnersicht d'Sensibilitéit vun Zn2SnO4@Mn3O4 verzweigte Heteronanostrukturen andeems de Zn2SnO4 Inhalt op der Uewerfläch vu Mn3O4 Nanowires kontrolléiert.Wann Zn2SnO4 Käre op der Mn3O4 Uewerfläch geformt, gouf eng p-Typ Empfindlechkeet observéiert.Mat enger weiderer Erhéijung vum Zn2SnO4 Inhalt schalt de Sensor baséiert op verzweifelt Zn2SnO4@Mn3O4 Heteronanostrukturen op d'n-Typ Sensorverhalen.
Eng konzeptuell Beschreiwung vum zwee-funktionnelle Sensormechanismus vun CS Nanowires gëtt gewisen.a Resistenzmodulatioun wéinst radialer Modulatioun vun Elektronen-entschäerften Muschelen, b Negativen Effekt vum Schmieren op Resistenzmodulatioun, a c Total Resistenzmodulatioun vu CS Nanowires wéinst enger Kombinatioun vu béiden Effekter 40
Als Conclusioun enthalen Typ II Sensoren vill verschidden hierarchesch Nanostrukturen, an d'Sensorleistung ass héich ofhängeg vun der Arrangement vun de konduktiven Kanäl.Dofir ass et kritesch d'Positioun vum Leedungskanal vum Sensor ze kontrolléieren an e passende heteronanostrukturéierte MOS Modell ze benotzen fir den erweiderten Sensingmechanismus vun Typ II Sensoren ze studéieren.
Typ III-Sensorstrukturen sinn net ganz heefeg, an de Leedungskanal baséiert op engem Heterojunction, deen tëscht zwee Hallefleeder geformt ass, respektiv mat zwou Elektroden verbonnen.Eenzegaarteg Apparatstrukture ginn normalerweis duerch Mikromachining Techniken kritt an hir Senséierungsmechanismen si ganz anescht wéi déi zwee virdrun Sensorstrukturen.D'IV-Kurve vun engem Typ III-Sensor weist typesch typesch Rectifikatiounseigenschaften duerch Heterojunction-Formatioun48,152,153.D'I-V charakteristesch Kurve vun enger idealer Heterojunction kann duerch den thermesche Mechanismus vun der Elektronemissioun iwwer d'Héicht vun der Heterojunction Barrière152,154,155 beschriwwe ginn.
wou Va ass d'Basspannung, A ass d'Apparatberäich, k ass d'Boltzmann Konstante, T ass déi absolut Temperatur, q ass d'Trägerladung, Jn a Jp sinn d'Lach an d'Elektronendiffusiounsstroumdensitéiten, respektiv.IS representéiert de ëmgedréint Sättigungsstroum, definéiert als: 152.154.155
Dofir hänkt de Gesamtstroum vun der pn-Heterojunction vun der Ännerung vun der Konzentratioun vun de Ladungsträger an der Ännerung vun der Héicht vun der Barrière vun der Heterojunction of, wéi an der Equatioun (3) an (4) 156 gewisen.
wou nn0 an pp0 d'Konzentratioun vun Elektronen (Lächer) an engem n-Typ (p-Typ) MOS sinn, \(V_{bi}^0\) ass den agebaute Potenzial, Dp (Dn) ass den Diffusiounskoeffizient vun Elektronen (Lächer), Ln (Lp) ass d'Diffusiounslängt vun Elektronen (Lächer), ΔEv (ΔEc) ass d'Energieverschiebung vun der Valenzband (Leedungsband) op der Heterojunction.Och wann déi aktuell Dicht proportional zu der Trägerdicht ass, ass se exponentiell ëmgekéiert proportional zu \(V_{bi}^0\).Dofir hänkt d'Gesamtännerung vun der aktueller Dicht staark vun der Modulatioun vun der Héicht vun der Heterojunction Barrière of.
Wéi uewen erwähnt, kann d'Schafung vun hetero-nanostrukturéierten MOSFETs (zum Beispill Typ I an Typ II Apparater) d'Performance vum Sensor wesentlech verbesseren, anstatt eenzel Komponenten.A fir Typ III Apparater kann d'Heteronanostrukturreaktioun méi héich sinn wéi zwee Komponenten48,153 oder méi héich wéi ee Komponent76, ofhängeg vun der chemescher Zesummesetzung vum Material.Verschidde Berichter hu gewisen datt d'Äntwert vun heteronanostrukturen vill méi héich ass wéi déi vun enger eenzeger Komponent, wann ee vun de Komponenten onsensibel ass fir den Zilgas48,75,76,153.An dësem Fall wäert den Zilgas nëmme mat der sensibeler Schicht interagéieren an eng Verréckelung Ef vun der sensibeler Schicht an eng Verännerung vun der Héicht vun der Heterojunction Barrière verursaachen.Da wäert de Gesamtstroum vum Apparat wesentlech änneren, well et ëmgekéiert ass mat der Héicht vun der Heterojunction Barrière no der Equatioun.(3) an (4) 48,76,153.Wéi och ëmmer, wa béid n-Typ a p-Typ Komponente fir den Zilgas sensibel sinn, kann d'Erkennungsleistung iergendwou tëscht sinn.José et al.76 produzéiert e porösen NiO / SnO2 Film NO2-Sensor duerch Sputteren a fonnt datt d'Sensorempfindlechkeet nëmme méi héich war wéi déi vum NiO-baséierte Sensor, awer méi niddereg wéi dee vum SnO2-baséierte Sensor.sensor.Dëst Phänomen ass wéinst der Tatsaach, datt SnO2 an NiO Géigendeel Reaktioune op NO276 weisen.Och, well déi zwee Komponente verschidde Gasempfindlechkeet hunn, kënnen se déiselwecht Tendenz hunn fir oxidéierend a reduzéierend Gase z'entdecken.Zum Beispill, Kwon et al.157 proposéiert eng NiO / SnO2 pn-heterojunction Gas Sensor vun Schräg sputtering, wéi an der Figur 9a gewisen.Interessanterweis huet den NiO / SnO2 pn-heterojunction Sensor dee selwechte Sensibilitéitstrend fir H2 an NO2 gewisen (Fig. 9a).Fir dëst Resultat ze léisen, Kwon et al.157 systematesch ënnersicht wéi NO2 an H2 Carrier Konzentratioune änneren an ofgestëmmt \(V_{bi}^0\) vu béide Materialien mat IV-Charakteristiken a Computersimulatiounen (Fig. 9bd).Figuren 9b an c weisen d'Fäegkeet vun H2 an NO2 fir d'Trägerdicht vun de Sensoren z'änneren baséiert op p-NiO (pp0) respektiv n-SnO2 (nn0).Si hunn gewisen datt pp0 vum p-Typ NiO liicht am NO2 Ëmfeld geännert huet, während et dramatesch an der H2 Ëmfeld geännert huet (Fig. 9b).Allerdéngs, fir n-Typ SnO2, nn0 behuelen am Géigendeel Manéier (Fig. 9c).Baséierend op dës Resultater hunn d'Auteuren ofgeschloss datt wann H2 op de Sensor applizéiert gouf baséiert op der NiO / SnO2 pn Heterojunction, eng Erhéijung vun nn0 zu enger Erhéijung vum Jn gefouert huet, a \(V_{bi}^0\) zu engem Ofsenkung vun der Äntwert (Fig. 9d).No der Belaaschtung fir NO2, souwuel eng grouss Ofsenkung vun nn0 am SnO2 an eng kleng Erhéijung vun pp0 am NiO féieren zu enger grousser Ofsenkung vun \(V_{bi}^0\), wat eng Erhéijung vun der sensorescher Äntwert garantéiert (Fig. 9d) ) 157 Als Ofschloss, Ännerungen an der Konzentratioun vun Träger a \(V_{bi}^0\) féieren zu Verännerungen am Gesamtstroum, wat d'Erkennungsfäegkeet weider beaflosst.
De Sensingmechanismus vum Gassensor baséiert op der Struktur vum Typ III Apparat.Scannen Elektronen Mikroskopie (SEM) Querschnitt Biller, p-NiO / n-SnO2 Nanocoil Apparat a Sensor Eegeschafte vun p-NiO / n-SnO2 Nanocoil Heterojunction Sensor bei 200 ° C fir H2 an NO2;b, Querschnitt SEM vun engem c-Apparat, a Simulatiounsresultater vun engem Apparat mat enger p-NiO b-Layer an enger n-SnO2 c-Layer.De bp-NiO-Sensor an den cn-SnO2-Sensor moossen a passen d'I-V-Charakteristiken an der trockener Loft an no der Belaaschtung fir H2 an NO2.Eng zweedimensional Kaart vun der b-Lach Dicht am p-NiO an eng Kaart vun c-Elektronen an der n-SnO2 Schicht mat enger Faarfskala goufe mat der Sentaurus TCAD Software modelléiert.d Simulatiounsresultater déi eng 3D Kaart vun p-NiO / n-SnO2 an dréchen Loft weisen, H2 an NO2157 an der Ëmwelt.
Zousätzlech zu de chemeschen Eegeschafte vum Material selwer weist d'Struktur vum Typ III-Apparat d'Méiglechkeet fir selbstverständlech Gassensoren ze kreéieren, wat net méiglech ass mat Typ I an Typ II Apparater.Wéinst hirem inherenten elektresche Feld (BEF) ginn pn Heterojunction Diode Strukturen allgemeng benotzt fir photovoltaesch Geräter ze bauen a Potenzial ze weisen fir selbst ugedriwwen photoelektresch Gassensoren bei Raumtemperatur ënner Beliichtung74,158,159,160,161 ze maachen.BEF am Heterointerface, verursaacht duerch den Ënnerscheed an de Fermi-Niveauen vun de Materialien, dréit och zur Trennung vun Elektronen-Lach-Paren bäi.De Virdeel vun engem Self-powered photovoltaic Gas Sensor ass seng niddereg Energieverbrauch well et d'Energie vun der Luucht absorbéieren kann an dann selwer oder aner Miniatur Apparater kontrolléieren ouni de Besoin fir eng extern Muecht Quell.Zum Beispill, Tanuma a Sugiyama162 hunn NiO / ZnO pn Heterojunctions als Solarzellen fabrizéiert fir SnO2-baséiert polykristallin CO2 Sensoren ze aktivéieren.Gad et al.74 gemellt engem Self-ugedriwwen photovoltaic Gas Sensor baséiert op engem Si / ZnO @ CdS pn heterojunction, wéi an der Figur 10a gewisen.Vertikal orientéiert ZnO Nanowires goufen direkt op p-Typ Siliziumsubstrater ugebaut fir Si / ZnO pn Heterojunctions ze bilden.Duerno goufen CdS Nanopartikel op der Uewerfläch vun ZnO Nanowires duerch chemesch Uewerflächemodifikatioun geännert.Op Fig.10a weist Offline Si / ZnO @ CdS Sensor Äntwert Resultater fir O2 an Ethanol.Ënner Beliichtung erhéicht d'Open-Circuit Spannung (Voc) wéinst der Trennung vun Elektronen-Lach Puer während BEP um Si / ZnO Heterointerface linear mat der Zuel vun verbonne diodes74.161.Voc kann duerch eng Equatioun duergestallt ginn.(5) 156,
wou ND, NA, an Ni d'Konzentratioune vun den Donateuren, Akzeptoren an intrinseschen Träger sinn, respektiv, an k, T an q sinn déiselwecht Parameter wéi an der viregter Equatioun.Wann se un oxidéierend Gase ausgesat sinn, extrahéieren se Elektronen aus ZnO Nanowires, wat zu enger Ofsenkung vun \(N_D^{ZnO}\) a Voc féiert.Ëmgekéiert huet d'Gasreduktioun zu enger Erhéijung vum Voc (Fig. 10a).Wann Dir ZnO mat CdS Nanopartikelen dekoréiert, ginn photoexcitéiert Elektronen an CdS Nanopartikelen an d'Leedungsband vun ZnO injizéiert an interagéieren mam adsorbéierten Gas, an doduerch d'Perceptiounseffizienz74,160 erhéijen.En ähnlechen Self-powered photovoltaic Gas Sensor baséiert op Si / ZnO gouf gemellt Hoffmann et al.160, 161 (Fig. 10b).Dëse Sensor ka virbereet ginn mat enger Linn vun Amin-funktionaliséierter ZnO Nanopartikel ([3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilan) (Amino-funktionaliséiert-SAM) an Thiol ((3-Mercaptopropyl)-funktionaliséiert, fir d'Aarbechtsfunktioun unzepassen vum Zilgas fir selektiv Detektioun vun NO2 (trimethoxysilane) (thiol-funktionaliséiert-SAM)) (Fig. 10b) 74.161.
E Self-powered photoelectric Gas Sensor baséiert op der Struktur vun engem Typ III Apparat.e Self-powered photovoltaic Gas Sensor baséiert op Si / ZnO @ CdS, Self-powered Sensing Mechanismus a Sensor Äntwert op oxidéiert (O2) a reduzéiert (1000 ppm Ethanol) Gase ënner Sonneliicht;74b Self-powered photovoltaic Gas Sensor baséiert op Si ZnO / ZnO Sensoren a Sensor Äntwerte op verschidde Gase no Funktionaliséierung vun ZnO SAM mat terminal amines an thiols 161
Dofir, wann Dir de sensiblen Mechanismus vun Typ III Sensoren diskutéiert, ass et wichteg d'Verännerung vun der Héicht vun der Heterojunction Barrière ze bestëmmen an d'Fäegkeet vum Gas fir d'Trägerkonzentratioun ze beaflossen.Zousätzlech kann d'Beliichtung fotogeneréiert Träger generéieren, déi mat Gase reagéieren, wat villverspriechend ass fir selbstänneg Gaserkennung.
Wéi an dëser Literatur Iwwerpréiwung diskutéiert, goufen vill verschidde MOS Heteronanostrukture fabrizéiert fir d'Sensorleistung ze verbesseren.D'Web of Science Datebank gouf fir verschidde Schlësselwieder gesicht (Metalloxidkomposite, Kär-Schëller-Metalloxide, Layer-Metaloxiden, a selbst ugedriwwen Gasanalysatoren) souwéi ënnerscheedleche Charakteristiken (Heefegkeet, Sensibilitéit / Selektivitéit, Kraaftproduktiounspotenzial, Fabrikatioun) .Methode D'Charakteristiken vun dräi vun dësen dräi Apparater sinn an Table 2. D'allgemeng Design Konzept fir héich performant Gas Sensoren gëtt diskutéiert vun analyséiert déi dräi Schlëssel Faktoren proposéiert vun Yamazoe.Mechanismen fir MOS Heterostruktur Sensoren Fir d'Faktoren ze verstoen, déi Gassensoren beaflossen, goufen verschidde MOS-Parameteren (zB Korngréisst, Operatiounstemperatur, Defekt a Sauerstoffvakanzdicht, oppe Kristallplanzen) suergfälteg studéiert.Gerätstruktur, déi och kritesch ass fir de Sensingverhalen vum Sensor, gouf vernoléissegt a selten diskutéiert.Dës Iwwerpréiwung diskutéiert déi Basisdaten Mechanismen fir dräi typesch Aarte vun Apparatstruktur z'entdecken.
D'Korngréisst Struktur, d'Fabrikatiounsmethod an d'Zuel vun heterojunctions vum Sensing Material an engem Typ I Sensor kann immens der Empfindlechkeet vun der Sensor Afloss.Zousätzlech ass d'Behuele vum Sensor och vum molare Verhältnis vun de Komponenten beaflosst.Typ II Apparat Strukturen (dekorativ heteronanostructures, bilayer oder multilayer Filmer, HSSNs) sinn déi beléifsten Apparat Strukturen déi aus zwee oder méi Komponente besteet, an nëmmen ee Komponent ass un der Elektrode verbonnen.Fir dës Apparatstruktur ass d'Bestëmmung vun der Plaz vun de Leitkanäl an hir relativ Ännerungen kritesch fir de Mechanismus vun der Perceptioun ze studéieren.Well Typ II Apparater vill verschidden hierarchesch heteronanostructures enthalen, vill verschidde Sensing Mechanismen goufen proposéiert.An enger sensorescher Struktur vum Typ III gëtt de Leedungskanal dominéiert vun engem Heterojunction deen um Heterojunction geformt gëtt, an de Perceptiounsmechanismus ass komplett anescht.Dofir ass et wichteg d'Verännerung vun der Héicht vun der Heterojunction Barrière no der Belaaschtung vum Zilgas dem Typ III Sensor ze bestëmmen.Mat dësem Design, Self-powered photovoltaic Gas Sensor kann gemaach ginn Muecht Konsum ze reduzéieren.Wéi och ëmmer, well den aktuellen Fabrikatiounsprozess zimmlech komplizéiert ass an d'Sensibilitéit vill méi niddereg ass wéi traditionell MOS-baséiert chemo-resistive Gassensoren, gëtt et nach ëmmer vill Fortschrëtter an der Fuerschung vu selbst ugedriwwene Gassensoren.
D'Haaptvirdeeler vu Gas-MOS-Sensoren mat hierarcheschen Heteronanostrukturen sinn d'Geschwindegkeet a méi héich Sensibilitéit.Wéi och ëmmer, e puer Schlësselprobleemer vu MOS-Gassensoren (zB héich Operatiounstemperatur, laangfristeg Stabilitéit, schlecht Selektivitéit a Reproduzibilitéit, Fiichtegkeetseffekter, etc.) existéieren nach ëmmer a musse behandelt ginn ier se an praktesch Uwendungen benotzt kënne ginn.Modern MOS Gas Sensoren funktionnéieren typesch bei héijen Temperaturen a verbrauchen vill Kraaft, wat d'laangfristeg Stabilitéit vum Sensor beaflosst.Et ginn zwou gemeinsam Approche dëse Problem ze léisen: (1) Entwécklung vun niddereg Muecht Sensor Chips;(2) Entwécklung vun neie sensiblen Materialien déi bei niddreger Temperatur oder souguer bei Raumtemperatur funktionéiere kënnen.Eng Approche fir d'Entwécklung vu Low-Power Sensor Chips ass d'Gréisst vum Sensor ze minimiséieren andeems Mikroheizplacke baséieren op Keramik a Silicon163.Keramikbaséiert Mikroheizplacke verbrauchen ongeféier 50–70 mV pro Sensor, während optiméiert Siliziumbaséiert Mikroheizplacke sou wéineg wéi 2 mW pro Sensor verbrauchen wa se kontinuéierlech bei 300 ° C163,164 funktionnéieren.D'Entwécklung vun neie Senséierungsmaterialien ass en effektive Wee fir de Stroumverbrauch ze reduzéieren andeems d'Betribstemperatur erofgeet, a kann och d'Sensorstabilitéit verbesseren.Wéi d'Gréisst vum MOS weider reduzéiert gëtt fir d'Sensibilitéit vum Sensor ze erhéijen, gëtt d'thermesch Stabilitéit vum MOS méi eng Erausfuerderung, wat zu Drift am Sensorsignal165 féieren kann.Zousätzlech fördert d'Héichtemperatur d'Diffusioun vu Materialien am Heterointerface an d'Bildung vu gemëschte Phasen, wat d'elektronesch Eegeschafte vum Sensor beaflosst.D'Fuerscher berichten datt d'optimal Operatiounstemperatur vum Sensor reduzéiert ka ginn andeems se gëeegent Senséiermaterialien auswielen an MOS Heteronanostrukturen entwéckelen.D'Sich no enger Low-Temperature Method fir d'Fabrikatioun vun héich kristallin MOS Heteronanostrukturen ass eng aner villverspriechend Approche fir d'Stabilitéit ze verbesseren.
D'Selektivitéit vu MOS-Sensoren ass en anert praktescht Thema well verschidde Gase mam Zilgas coexistéieren, während MOS-Sensoren dacks op méi wéi ee Gas sensibel sinn an dacks Kräizempfindlechkeet weisen.Dofir ass d'Erhéijung vun der Selektivitéit vum Sensor zum Zilgas wéi och op aner Gase kritesch fir praktesch Uwendungen.An de leschte Joerzéngte gouf d'Wiel deelweis adresséiert andeems Arrays vu Gassensoren genannt ginn "elektronesch Nues (E-Nose)" a Kombinatioun mat computationalen Analysealgorithmen wéi Trainingsvektorquantiséierung (LVQ), Haaptkomponentanalyse (PCA), usw e.Sexuell Problemer.Partial Least Squares (PLS), etc.. 31, 32, 33, 34. Zwee Haaptfaktoren (d'Zuel vun de Sensoren, déi enk mat der Art vu Sensing Material verbonne sinn, a computational Analyse) si kritesch fir d'Fäegkeet vun elektroneschen Nues ze verbesseren Gase z'identifizéieren169.Wéi och ëmmer, d'Erhéijung vun der Unzuel vun de Sensoren erfuerdert normalerweis vill komplexe Fabrikatiounsprozesser, sou datt et kritesch ass eng einfach Method ze fannen fir d'Leeschtung vun elektroneschen Nues ze verbesseren.Zousätzlech kann d'Modifikatioun vum MOS mat anere Materialien och d'Selektivitéit vum Sensor erhéijen.Zum Beispill kann selektiv Detektioun vun H2 erreecht ginn wéinst der gudder katalytescher Aktivitéit vu MOS geännert mat NP Pd.An de leschte Joeren hunn e puer Fuerscher d'MOS MOF Uewerfläch beschichtet fir d'Sensorselektivitéit duerch d'Gréisst Ausgrenzung171,172 ze verbesseren.Inspiréiert vun dëser Aarbecht kann d'Materialfunktionaliséierung iergendwéi de Problem vun der Selektivitéit léisen.Allerdéngs ass et nach vill Aarbecht ze maachen fir dat richtegt Material ze wielen.
D'Wiederholbarkeet vun de Charakteristiken vu Sensoren, déi ënner de selwechte Bedéngungen a Methoden hiergestallt ginn, ass eng aner wichteg Ufuerderung fir grouss Produktioun a praktesch Uwendungen.Typesch sinn Zentrifugéierungs- an Tauchmethoden niddereg Käschte Methode fir Gassensoren mat héijer Duerchgang ze fabrizéieren.Wéi och ëmmer, während dëse Prozesser tendéiert de sensiblen Material ze aggregéiert an d'Relatioun tëscht dem sensiblen Material an dem Substrat gëtt schwaach68, 138, 168. Als Resultat ginn d'Sensibilitéit an d'Stabilitéit vum Sensor wesentlech verschlechtert, an d'Performance gëtt reproduzéierbar.Aner Fabrikatiounsmethoden wéi Sputtering, ALD, pulséiert Laserablagerung (PLD), a kierperlech Dampdepositioun (PVD) erlaben d'Produktioun vu Bilayer oder Multilayer MOS Filmer direkt op Muster Silizium oder Alumina Substrate.Dës Technike vermeiden Opbau vu sensiblen Materialien, garantéieren d'Sensorreproduzibilitéit a weisen d'Machbarkeet vu grousser Produktioun vu planar Dënnfilm Sensoren.Wéi och ëmmer, d'Sensibilitéit vun dëse flaach Filmer ass allgemeng vill manner wéi déi vun 3D nanostrukturéierte Materialien wéinst hirer klenger spezifescher Uewerfläch an der gerénger Gaspermeabilitéit41,174.Nei Strategien fir MOS Heteronanostrukturen op spezifesche Plazen op strukturéiert Mikroarrays ze wuessen a präzis d'Gréisst, d'Dicke an d'Morphologie vu sensiblen Materialien ze kontrolléieren si kritesch fir Low-Cost Fabrikatioun vu Wafer-Niveau Sensoren mat héijer Reproduzibilitéit a Sensibilitéit.Zum Beispill, Liu et al.174 proposéiert eng kombinéiert Top-Down an Bottom-Up Strategie fir High-Throughput-Kristalliten ze fabrizéieren andeems se in situ Ni(OH)2 Nanowalls op spezifesche Plazen wuessen..Wafers fir Mikrobrenner.
Zousätzlech ass et och wichteg den Effekt vun der Fiichtegkeet op de Sensor an prakteschen Uwendungen ze berücksichtegen.Waassermoleküle kënne mat Sauerstoffmoleküle fir Adsorptiounsplazen a Sensormaterial konkurréiere an d'Verantwortung vum Sensor fir den Zilgas beaflossen.Wéi Sauerstoff, wierkt Waasser als Molekül duerch kierperlech Sorptioun, a kann och a Form vun Hydroxylradikale oder Hydroxylgruppen op verschiddene Oxidatiounsstatiounen duerch Chemisorptioun existéieren.Zousätzlech, wéinst dem héijen Niveau a variabelen Fiichtegkeet vun der Ëmwelt, ass eng zouverlässeg Äntwert vum Sensor op den Zilgas e grousse Problem.Verschidde Strategien goufen entwéckelt fir dëse Problem unzegoen, wéi Gasprekonzentratioun177, Feuchtigkeitkompensatioun a Kräizreaktive Gittermethoden178, souwéi Trocknungsmethoden179,180.Allerdéngs sinn dës Methoden deier, komplex, a reduzéieren d'Sensibilitéit vum Sensor.Verschidde preiswerte Strategien goufen proposéiert fir d'Effekter vun der Fiichtegkeet z'ënnerdrécken.Zum Beispill, Dekoratioun vun SnO2 mat Pd Nanopartikelen kann d'Konversioun vum adsorbéierten Sauerstoff an anionesche Partikelen förderen, wärend SnO2 mat Materialien mat héijer Affinitéit fir Waassermoleküle funktionnéieren, wéi NiO a CuO, zwee Weeër fir d'Feuchtigkeitabhängegkeet vu Waassermolekülen ze verhënneren..Sensoren 181, 182, 183. Zousätzlech kann den Effekt vun der Fiichtegkeet och reduzéiert ginn andeems Dir hydrophobe Materialien benotzt fir hydrophobe Flächen ze bilden36,138,184,185.Wéi och ëmmer, d'Entwécklung vu feuchtbeständeg Gassensoren ass nach an engem fréie Stadium, a méi fortgeschratt Strategien sinn erfuerderlech fir dës Themen unzegoen.
Als Conclusioun, Verbesserunge vun der Detektiounsleistung (zB Empfindlechkeet, Selektivitéit, niddreg optimal Operatiounstemperatur) goufen erreecht andeems MOS Heteronanostrukturen erstallt ginn, a verschidde verbessert Detektiounsmechanismen goufen proposéiert.Wann Dir de Sensingmechanismus vun engem bestëmmte Sensor studéiert, muss d'geometresch Struktur vum Apparat och berücksichtegt ginn.Fuerschung an nei Senséiermaterialien a Fuerschung iwwer fortgeschratt Fabrikatiounsstrategien wäerten erfuerderlech sinn fir d'Performance vu Gassensoren weider ze verbesseren an déi verbleiwen Erausfuerderungen an der Zukunft unzegoen.Fir kontrolléiert Ofstëmmung vu Sensoreigenschaften ass et néideg systematesch d'Relatioun tëscht der synthetescher Method vu Sensormaterialien an der Funktioun vun heteronanostrukturen ze bauen.Zousätzlech kann d'Studie vun Uewerflächenreaktiounen an Ännerungen an Heterointerfaces mat modernen Charakteriséierungsmethoden hëllefen, d'Mechanismen vun hirer Perceptioun ze klären an Empfehlungen fir d'Entwécklung vu Sensoren op Basis vu heteronanostrukturéierte Materialien ze bidden.Schlussendlech kann d'Studie vu modernen Sensorfabrikatiounsstrategien d'Fabrikatioun vu Miniaturgassensoren um Waferniveau fir hir industriell Uwendungen erlaben.
Genzel, NN et al.Eng Längsstudie vun Indoor Stickstoffdioxidniveauen an Atmungssymptomer bei Kanner mat Asthma an urbanen Gebidder.Noperschaft.Gesondheet Perspektiv.116, 1428–1432 (2008).
Post Zäit: Nov-04-2022
