Performanceгары җитештерүчәнлек, портатив һәм миниатюрлаштырылган газ сенсорларын үстерү әйләнә-тирә мохит мониторингы, куркынычсызлык, медицина диагностикасы һәм авыл хуҗалыгы өлкәләрендә игътибарны җәлеп итә.Төрле ачыклау кораллары арасында металл-оксид-ярымүткәргеч (MOS) химо-резистив газ сенсорлары, югары тотрыклылыгы, аз бәясе, югары сизгерлеге аркасында коммерция кушымталары өчен иң популяр сайлау.Сенсорның эшләвен тагын да яхшырту өчен иң мөһим ысулларның берсе - MOS наноматериалларыннан наносизацияләнгән MOS нигезендәге гетерожункцияләр (гетеро-наноструктуралы MOS) булдыру.Ләкин, гетероноструктуралы MOS сенсорының сизү механизмы бер MOS газ сенсорыннан аерылып тора, чөнки ул бик катлаулы.Сенсор эшләве төрле параметрларга тәэсир итә, шул исәптән сизгер материалның физик һәм химик үзлекләре (ашлык күләме, җитешсезлек тыгызлыгы, һәм кислород вакансияләре кебек), эш температурасы, җайланма структурасы.Бу рецензия гетероген наноструктуралы MOS сенсорларының сизү механизмын анализлап, югары җитештерүчән газ сенсорларын проектлау өчен берничә төшенчәне тәкъдим итә.Моннан тыш, җайланманың геометрик структурасының йогынтысы, сизгер материал белән эшче электрод арасындагы бәйләнеш турында билгеләнә.Сенсор тәртибен системалы рәвештә өйрәнү өчен, бу мәкалә төрле гетеронаноструктур материалларга нигезләнгән җайланмаларның өч типик геометрик структурасын кабул итүнең гомуми механизмын кертә һәм тикшерә.Бу күзәтү газ сенсорларының сизгер механизмнарын өйрәнүче һәм югары җитештерүчән газ сенсорларын үстерүче булачак укучылар өчен кулланма булып хезмәт итәчәк.
Airаваның пычрануы көннән-көн җитди проблема һәм кешеләрнең һәм тереклекнең иминлегенә куркыныч тудыручы җитди глобаль экологик проблема.Газлы пычраткыч матдәләрне сулыш алу сулыш авырулары, үпкә яман шеш авыруы, лейкоз һәм хәтта вакытсыз үлем кебек күп сәламәтлек проблемаларына китерергә мөмкин1,2,3,4.2012 елдан 2016 елга кадәр миллионлаган кеше һаваның пычрануыннан үлгән, һәм ел саен миллиардлаган кеше начар һава сыйфаты белән очрашты5.Шуңа күрә, күчемле һәм миниатюрлаштырылган газ сенсорларын эшкәртү мөһим, алар реаль вакытта кире элемтә һәм югары ачыклау эшләрен тәэмин итә ала (мәсәлән, сизгерлек, сайлап алу, тотрыклылык, җавап һәм торгызу вакыты).Экологик мониторингка өстәп, газ сенсорлары куркынычсызлык 6,7,8, медицина диагностикасы 9,10, су-бакчасы11 һәм башка өлкәләрдә мөһим роль уйный12.
Бүгенге көнгә төрле сенсор механизмнарына нигезләнгән берничә күчергеч газ сенсоры кертелде, мәсәлән, оптик13,14,15,16,17,18, электрохимик19,20,21,22 һәм химик резистив сенсорлар 23,24.Алар арасында металл-оксид-ярымүткәргеч (MOS) химик резистив сенсорлар коммерция кушымталарында иң популярлыгы, югары тотрыклылыгы һәм аз бәясе 25,26.Пычраткыч концентрация MOS каршылыгының үзгәрүен ачыклап кына билгеле була.1960-нчы еллар башында, ZnO нечкә фильмнарына нигезләнгән беренче химо-резистив газ сенсорлары хәбәр ителде, газ табу өлкәсендә зур кызыксыну тудырды27,28.Бүгенге көндә күп төрле MOS газга сизгер материаллар буларак кулланыла, һәм аларны физик үзлекләренә карап ике категориягә бүлеп була: n-MOS электронлы электрон белән күпчелек корылма йөртүче һәм p-тибындагы MOS күпчелек корылма йөртүчесе буларак тишекле.зарядлы йөртүчеләр.Гомумән алганда, p тибындагы MOS n тибындагы MOS белән чагыштырганда аз популяр, чөнки p тибындагы MOS (Sp) индуктив реакциясе n тибындагы MOS квадрат тамырына пропорциональ (\ (S_p = \ sqrt {) S_n} \)) бер үк фаразларда (мәсәлән, бер үк морфологик структура һәм һавада полосаларның бөкләнүендә бер үк үзгәреш) 29,30.Ләкин, бер базлы MOS сенсорлары ачыклау лимитының җитәрлек булмавы, практик кушымталарда түбән сизгерлек һәм сайлап алу кебек проблемалар белән очрашалар.Сайлап алу проблемалары ниндидер дәрәҗәдә сенсорлар массивы ("электрон борын" дип атала) һәм исәпләү анализы алгоритмнарын кертеп, вектор квантизациясе (LVQ), төп компонент анализы (PCA), һәм өлешчә иң кечкенә квадратлар (PLS) анализы ярдәмендә чишелергә мөмкин31, 32, 33, 34, 35. Моннан тыш, аз үлчәмле MOS32,36,37,38,39 (мәсәлән, бер үлчәмле (1Д), 0D һәм 2D наноматериаллар) җитештерү, шулай ук башка наноматериаллар куллану ( мәсәлән, MOS40,41,42, асыл металл нанопартиклар (NP)) 43,44, углерод наноматериаллары 45,46 һәм үткәргеч полимерлар47,48) наноскаль гетерожункцияләр булдыру өчен (ягъни гетеронаноструктуралы MOS) югарыдагы проблемаларны чишү өчен өстенлекле алымнар.Традицион калын MOS фильмнары белән чагыштырганда, югары специфик мәйданы булган түбән үлчәмле MOS газны үзләштерү өчен активрак сайтлар бирә һәм газ диффузиясен җиңеләйтә ала 36,37,49.Моннан тыш, MOS нигезендәге гетеронаноструктуралар дизайны гетероинтерфейста ташучы транспортны тагын да көйли ала, нәтиҗәдә төрле операция функцияләре аркасында каршылыкның зур үзгәреше 50,51,52.Моннан тыш, MOS гетеронаноструктурасы дизайнында булган кайбер химик эффектлар (мәсәлән, катализатор активлык һәм синергистик өслек реакцияләре) сенсорның эшләвен дә яхшырта ала.50,53,54 MOS гетеронаноструктураларын проектлау һәм ясау яхшырту өчен өметле алым булыр иде. сенсорның эшләнеше, заманча химо-резистив сенсорлар гадәттә сынау һәм хатаны кулланалар, бу күп вакыт һәм нәтиҗәсез.Шуңа күрә, MOS нигезендәге газ сенсорларының сизү механизмын аңлау мөһим, чөнки ул югары җитештерүчән юнәлешле сенсорлар дизайнына юл күрсәтә ала.
Соңгы елларда MOS газ сенсорлары тиз үсә һәм MOS наноструктураларында 55,56,57, бүлмә температурасы газ сенсорлары 58,59, махсус MOS сенсор материаллары 60,61,62 һәм махсус газ сенсорлары турында кайбер докладлар бастырылды.Башка рецензияләрдә күзәтү кәгазе MOS-ның эчке физик һәм химик үзлекләренә нигезләнеп газ сенсорларының сизү механизмын аңлатуга юнәлтелгән, шул исәптән кислород вакансияләре 64, гетеронаноструктуралар роле 55, 65 гетероинтерфейсларда заряд күчерү. , башка бик күп параметрлар сенсор эшенә тәэсир итә, шул исәптән гетероструктура, ашлык күләме, эш температурасы, җитешсезлек тыгызлыгы, кислород вакансияләре, хәтта сизгер материалның ачык кристалл самолетлары25,67,68,69,70,71.72, 73. .Мәсәлән, Кумар һ.б.77 бер үк материалга нигезләнгән ике газ сенсоры турында хәбәр иттеләр (мәсәлән, TiO2 @ NiO һәм NiO @ TiO2 нигезендә ике катлы газ сенсорлары) һәм төрле җайланмалар геометриясе аркасында NH3 газ каршылыгында төрле үзгәрешләр күзәттеләр.Шуңа күрә, газ сизү механизмын анализлаганда, җайланманың структурасын исәпкә алырга кирәк.Бу рецензиядә авторлар төрле гетероген наноструктуралар һәм җайланма структуралары өчен MOS нигезендә ачыклау механизмнарына игътибар итәләр.Бу рецензия газны ачыклау механизмнарын аңларга һәм анализларга теләгән укучылар өчен кулланма булып хезмәт итә ала һәм киләчәктә югары җитештерүчән газ сенсорлары үсешенә ярдәм итә ала дип саныйбыз.
Инҗирдә.1а бер MOS нигезендә газ сизү механизмының төп моделен күрсәтә.Температура күтәрелгәч, MOS өслегендә кислород (O2) молекулаларының adsorption MOS электроннарын җәлеп итәчәк һәм анион төрләрен барлыкка китерәчәк (мәсәлән, O2- һәм O-).Аннары, n тибындагы MOS өчен электрон тузган катлам (EDL) яки p тибындагы MOS өчен тишек туплау катламы (HAL) аннары MOS 15, 23, 78 өслегендә барлыкка килә. O2 белән үзара бәйләнеш. MOS өслегенең үткәрү полосасы өскә бөкләнә һәм потенциаль киртә ясый.Соңыннан, сенсор максатлы газга тәэсир иткәндә, MOS өслегендә урнаштырылган газ ион кислород төрләре белән реакциягә керә, я электроннарны җәлеп итә (газны оксидлаштыра) яки электрон бүләк итә (газны киметә).Максатлы газ белән MOS арасында электрон тапшыру EDL яки HAL30,81 киңлеген көйли ала, нәтиҗәдә MOS сенсорының гомуми каршылыгы үзгәрә.Мәсәлән, газны киметү өчен, электроннар киметүче газдан n тибындагы MOSга күчереләчәк, нәтиҗәдә түбән EDL һәм түбән каршылык барлыкка киләчәк, бу n тибындагы сенсор тәртибе дип атала.Киресенчә, p тибындагы MOS киметүче газга эләккәндә, p тибындагы сизгерлек тәртибен билгели, HAL кими һәм электрон иганә аркасында каршылык арта.Оксидлаштыручы газлар өчен сенсор реакциясе газларны киметү өчен капма-каршы.
Газларны киметү һәм оксидлаштыру өчен n-тип һәм p-тип MOS өчен төп ачыклау механизмнары b Ярымүткәргеч газ сенсорларында катнашкан төп факторлар һәм физик-химик яки материаль үзлекләр 89
Төп ачыклау механизмыннан тыш, практик газ сенсорларында кулланылган газны ачыклау механизмнары бик катлаулы.Мәсәлән, газ сенсорын куллану кулланучының ихтыяҗларына карап күп таләпләргә туры килергә тиеш (мәсәлән, сизгерлек, сайлап алу, тотрыклылык).Бу таләпләр сизгер материалның физик һәм химик үзлекләре белән тыгыз бәйләнгән.Мәсәлән, Xu et al.71 күрсәтте, SnO2 нигезендәге сенсорлар кристалл диаметры (d) SnO271ның Дебя озынлыгына (λD) тигез булганда яки кимрәк булганда иң югары сизгерлеккә ирешәләр.D ≤ 2λD булганда, O2 молекулаларының adsorbsionыннан соң SnO2 тулысынча бетә, һәм сенсорның газны киметүгә реакциясе максималь.Моннан тыш, төрле параметрлар сенсор эшенә тәэсир итә ала, шул исәптән эш температурасы, кристалл җитешсезлекләре, хәтта сизү материалының кристалл самолетлары.Аерым алганда, эш температурасының йогынтысы максатлы газның adsorbsion һәм дезорпция ставкалары арасындагы көндәшлек, шулай ук adsorbed газ молекулалары һәм кислород кисәкчәләре арасындагы өслек реактивлыгы белән аңлатыла.Кристалл җитешсезлекләренең эффекты кислород вакансияләренең эчтәлеге белән нык бәйләнгән [83, 84].Сенсор эшләвенә ачык кристалл йөзләрнең төрле реактивлыгы тәэсир итә ала 67,85,86,87.Түбән тыгызлыктагы ачык кристалл самолетлар югары энергияле координацияләнмәгән металл катионнарны ачалар, алар өслекнең adsorption һәм реактивлыгын күтәрәләр88.1 нче таблицада берничә төп фактор һәм алар белән бәйле камилләштерелгән сизү механизмнары күрсәтелгән.Шуңа күрә, бу материаль параметрларны көйләп, ачыклау эше яхшырырга мөмкин, һәм сенсор эшенә тәэсир итүче төп факторларны билгеләү бик мөһим.
Yamazoe89 һәм Shimanoe һ.б..Рецептор функциясе MOS өслегенең газ молекулалары белән үзара бәйләнешен аңлата.Бу функция MOS-ның химик үзлекләре белән тыгыз бәйләнгән һәм чит ил кабул итүчеләрен кертеп (мәсәлән, металл NP һәм башка MOS) сизелерлек яхшырырга мөмкин.Трансдуктор функциясе газ белән MOS өслеге арасындагы реакцияне MOS ашлык чикләре өстенлек иткән электр сигналына әйләндерү сәләтен аңлата.Шулай итеп, сенсор функциясе MOC кисәкчәләренең зурлыгына һәм чит рецепторларның тыгызлыгына зур йогынты ясый.Каточ һ.б.Wang et al.91 төрле ашлык зурлыкларын Zn2GeO4 белән чагыштырды һәм ашлык чикләрен керткәннән соң сенсор сизгерлегенең 6,5 тапкыр артуын күрсәтте.Коммуналь хезмәт - эчке MOS структурасында газ булуын тасвирлаучы тагын бер төп сенсор җитештерү факторы.Әгәр газ молекулалары эчке MOS белән үтеп керә алмасалар, сенсорның сизгерлеге кимиячәк.Файдалылыгы билгеле бер газның диффузия тирәнлеге белән тыгыз бәйләнгән, бу сизү материалының күзәнәк зурлыгына бәйле.Сакай һ.б.92 сенсорның блок газларына сизгерлеген модельләштерде һәм газның молекуляр авырлыгы да, сенсор мембранасының күзәнәк радиусы да сенсор мембранасында төрле газ диффузия тирәнлегендә сенсорның сизгерлегенә йогынты ясады.Aboveгарыдагы дискуссия шуны күрсәтә: югары җитештерүчән газ сенсорлары рецептор функциясен, трансдуктер функциясен һәм коммуналь хезмәтне баланслау һәм оптимальләштерү ярдәмендә эшләнергә мөмкин.
Aboveгарыдагы эш бер MOSның төп кабул итү механизмын ачыклый һәм MOS эшенә тәэсир итүче берничә фактор турында сөйләшә.Бу факторларга өстәп, гетероструктураларга нигезләнгән газ сенсорлары сенсор һәм рецептор функцияләрен сизелерлек яхшыртып сенсор эшчәнлеген тагын да яхшырта ала.Моннан тыш, гетеронаноструктуралар катализатор реакцияләрне көчәйтеп, корылма күчерүне көйләп һәм күбрәк adsorption сайтларын булдырып, сенсорның эшләвен тагын да яхшырта ала.Бүгенге көнгә MOS гетеронаноструктурасына нигезләнгән күп газ сенсорлары 95,96,97 көчәйтелгән сенсор механизмнары турында сөйләшү өчен өйрәнелде.Миллер һ.б.55 гетеронаноструктураларның сизгерлеген яхшыртырга мөмкин булган берничә механизмга йомгак ясады, шул исәптән өслеккә, интерфейска һәм структурага бәйле.Алар арасында интерфейска бәйле көчәйтү механизмы бер теориядә барлык интерфейс үзара бәйләнешне каплау өчен бик катлаулы, чөнки гетероноструктуралаштырылган материалларга нигезләнгән төрле сенсорлар (мәсәлән, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction һ.б.) кулланылырга мөмкин. .Шоттки төймәсе).Гадәттә, MOS нигезендәге гетеронаноструктур сенсорлар һәрвакыт ике яки күбрәк алдынгы сенсор механизмнарын кертә 98,99,100.Бу көчәйтү механизмнарының синергистик эффекты сенсор сигналларын кабул итү һәм эшкәртү көчен көчәйтә ала.Шулай итеп, гетероген наноструктуралаштырылган материалларга нигезләнгән сенсорларны кабул итү механизмын аңлау тикшерүчеләргә үз ихтыяҗларына туры китереп газ сенсорларын үстерергә булышу өчен бик мөһим.Моннан тыш, җайланманың геометрик структурасы шулай ук 74, 75, 76 сенсорның сизгерлегенә сизелерлек йогынты ясый ала. Сенсорның тәртибен системалы анализлау өчен, төрле гетеронаноструктур материалларга нигезләнгән өч җайланма структурасының сизү механизмнары тәкъдим ителәчәк. һәм түбәндә каралды.
MOS нигезендәге газ сенсорларының тиз үсеше белән төрле гетеро-наноструктуралы MOS тәкъдим ителде.Гетероинтерфейста корылма күчерү компонентларның төрле Ферми дәрәҗәләренә (Ef) бәйле.Гетероинтерфейста электроннар бер ягыннан зуррак Ef белән икенче якка кечерәк Ef белән хәрәкәт итәләр, аларның Ферми дәрәҗәләре тигезлеккә җиткәнче, һәм тишекләр, киресенчә.Аннары гетероинтерфейстагы ташучылар тузган һәм тузган катлам ясыйлар.Сенсор максатлы газга эләккәч, гетеронаноструктур MOS ташучы концентрациясе, барьер биеклеге кебек үзгәрә, шуның белән ачыклау сигналын көчәйтә.Моннан тыш, гетеронаноструктуралар ясауның төрле ысуллары материаллар һәм электродлар арасындагы төрле мөнәсәбәтләргә китерә, бу төрле җайланмалар геометриясенә һәм төрле сизү механизмнарына китерә.Бу рецензиядә без өч геометрик җайланма структурасын тәкъдим итәбез һәм һәр структура өчен сизү механизмын тикшерәбез.
Гетероункцияләр газны табу эшендә бик мөһим роль уйнаса да, бөтен сенсорның җайланма геометриясе ачыклау тәртибенә дә зур йогынты ясый ала, чөнки сенсор үткәрү каналының урнашуы җайланма геометриясенә бик бәйле.Гетеро-функция MOS җайланмаларының өч типик геометриясе монда карала, рәсемдә күрсәтелгәнчә, беренче төрдә ике MOS тоташуы очраклы рәвештә ике электрод арасында бүленә, һәм үткәргеч каналның урыны төп MOS тарафыннан билгеләнә, икенчесе Электродка бер MOS тоташкан вакытта төрле MOSдан гетероген наноструктуралар формалашу.электрод тоташтырылган, аннары үткәргеч канал гадәттә MOS эчендә урнашкан һәм турыдан-туры электродка тоташтырылган.Өченче төрдә, ике материал ике электродка аерым бәйләнә, җайланманы ике материал арасында формалашкан гетерожункция аша алып бара.
Кушылмалар арасындагы сызык (мәсәлән, "SnO2-NiO") ике компонентның гади булуын күрсәтә (I тип).Ике бәйләнеш арасындагы "@" билгесе (мәсәлән, "SnO2 @ NiO") скафолд материалы (NiO) II типтагы сенсор структурасы өчен SnO2 белән бизәлгәнен күрсәтә.Слайш (мәсәлән, "NiO / SnO2") III типтагы сенсор дизайнын күрсәтә.
MOS композитларына нигезләнгән газ сенсорлары өчен ике MOS элементы очраклы рәвештә электродлар арасында бүленә.MOS композитларын әзерләү өчен күпсанлы ясалма ысуллар эшләнде, шул исәптән сол-гель, коприпитация, гидротермик, электроспиннинг һәм механик катнаштыру ысуллары98,102,103,104.Күптән түгел металл-органик рамкалар (MOFs), металл үзәкләрдән һәм органик бәйләүчеләрдән торган күзәнәкле кристалл структуралы материаллар классы, күзәнәк MOS композитларын ясау өчен шаблон буларак кулланылды105,106,107,108.Әйтергә кирәк, MOS композитларының проценты бер үк булса да, төрле җитештерү процессларын кулланганда сизгерлек характеристикалары төрлечә булырга мөмкин.109,110 Мәсәлән, Gao et.109 бер үк атом катнашлыгында MoO3 ± SnO2 композитлары нигезендә ике сенсор уйлап чыгарган. (Mo: Sn = 1: 1.9) һәм төрле ясалма ысулларның төрле сизгерлеккә китерүен ачыкладылар.Шапошник һ.б.110 хәбәр иттеләр, SnO2-TiO2 белән газлы H2 реакциясе механик катнаш материаллардан аерылып тора, хәтта шул ук Sn / Ti нисбәтендә.Бу аерма барлыкка килә, чөнки MOP һәм MOP кристалл зурлыгы арасындагы бәйләнеш төрле синтез ысуллары белән үзгәрә109,110.Ашлык күләме һәм формасы донор тыгызлыгы һәм ярымүткәргеч төре ягыннан эзлекле булганда, контакт геометриясе 110 үзгәрмәсә, җавап элеккечә калырга тиеш.Стаерц һ.б.111 хәбәр иттеләр, SnO2-Cr2O3 үзәк кабыгы (CSN) нанофибрлары һәм җир SnO2-Cr2O3 CSN-ларын ачыклау үзенчәлекләре диярлек охшаш, бу нанофибер морфологиясенең бернинди өстенлек бирмәвен күрсәтә.
Төрле ясалма ысулларга өстәп, ике төрле MOSFETның ярымүткәргеч төрләре дә сенсорның сизгерлегенә тәэсир итә.Аны тагын ике категориягә бүлеп була, ике MOSFETның бер үк ярымүткәргеч (nn яки pp тоташуы) яки төрле типтагы (pn узуы) булуына карап.Газ сенсорлары бер үк типтагы MOS композитларына нигезләнгәндә, ике MOSның моляр коэффициентын үзгәртеп, сизгерлеккә җавап характеристикасы үзгәрешсез кала, һәм сенсорның сизгерлеге nn- яки pp-heterojunctions санына карап үзгәрә.Бер компонент композитта өстенлек иткәндә (мәсәлән, 0.9 ZnO-0.1 SnO2 яки 0,1 ZnO-0.9 SnO2), үткәрү каналы доминант MOS тарафыннан билгеләнә, ул гоможункция үткәрү каналы 92 дип атала.Ике компонентның нисбәтләре чагыштырганда, үткәрү каналында гетерожункция 98,102 өстенлек итә дип уйланыла.Ямазое һ.б.112,113 хәбәр иттеләр, ике компонентның гетероконтакт өлкәсе сенсорның сизгерлеген яхшырта ала, чөнки компонентларның төрле эш функцияләре аркасында барлыкка килгән гетеро-функция барьеры электронга тәэсир иткән сенсорның хәрәкәтчәнлеген эффектив контрольдә тота ала.Төрле тирә газлар 112,113.Инҗирдә.Рәсем 3а күрсәтә, SnO2-ZnO җепселле иерархик структураларга нигезләнгән сенсорлар төрле ZnO эчтәлеге булган (0-10 мол% Zn) этанолны сайлап ала ала.Алар арасында, SnO2-ZnO җепселләренә нигезләнгән сенсор (7 мол.% Zn) иң күп сизгерлекне күрсәтте, күп санлы гетерожункцияләр барлыкка килү һәм конвертер функциясен арттырган һәм яхшырган өслек мәйданының артуы аркасында. сизгерлек 90 Ләкин, ZnO эчтәлеген тагын 10 мол% ка арттыру белән, SnO2-ZnO микросруктурасы өслекне активлаштыру өлкәләрен урап, сенсор сизгерлеген киметә ала85.NiO-NiFe2O4 pp гетерожункция композитларына нигезләнгән сенсорлар өчен охшаш тенденция төрле Fe / Ni катнашлыгында (3б рәсем) 114.
SnO2-ZnO җепселләренең SEM рәсемнәре (7 мол.% Zn) һәм 260 ° C температурада 100 ppm концентрациясе булган төрле газларга сенсор реакциясе.54b Чиста NiO һәм NiO-NiFe2O4 композитларына нигезләнгән сенсорларның җаваплары, төрле газларның 50 минутында, 260 ° C;114 (в) xSnO2- (1-x) Co3O4 составындагы төеннәр санының схематик схемасы һәм xSnO2- (1-x) Co3O4 составының 10 сәг. газ 350 ° C температурада Sn / Co 98 коэффициентын үзгәртеп
Pn-MOS композитлары MOS115 атом нисбәтенә карап төрле сизгерлек тәртибен күрсәтәләр.Гомумән алганда, MOS композитларының сенсор тәртибе MOS сенсор өчен төп үткәргеч канал булып эшләвенә бик бәйле.Шуңа күрә композитларның процент составын һәм наноструктурасын характерлау бик мөһим.Ким һәм башкалар бу нәтиҗәне электроспиннинг һәм сенсор үзлекләрен өйрәнеп xSnO2 ± (1-x) Co3O4 составлы нанофибрлар сериясен синтезлап расладылар.Алар SnO2-Co3O4 композит сенсорының тәртибе Sn-2 процентын киметеп n-типтан p-типка күчүен күзәттеләр.Моннан тыш, гетеро-функция өстенлекле сенсорлар (0,5 SnO2-0.5 Co3O4 нигезендә) C6H6 өчен иң югары тапшыру темпларын гоможункция-доминант сенсорлар белән чагыштырганда күрсәттеләр (мәсәлән, югары SnO2 яки Co3O4 сенсорлары).0.5 SnO2-0.5 Co3O4 нигезендәге сенсорның югары каршылыгы һәм гомуми сенсор каршылыгын модульләштерү сәләте аның C6H6га иң югары сизгерлегенә ярдәм итә.Моннан тыш, SnO2-Co3O4 гетероинтерфейслардан килеп чыккан такталарның туры килмәү җитешсезлекләре газ молекулалары өчен өстенлекле adsorption мәйданнарын булдырырга мөмкин, шуның белән сенсор реакциясен көчәйтә109,116.
Ярымүткәргеч тибындагы MOSга өстәп, MOS композитларының кагылу тәртибе шулай ук MOS-117 химиясе ярдәмендә көйләнергә мөмкин.Huo et al.117 Co3O4-SnO2 композитларын әзерләү өчен гади дымлы пешерү ысулын кулланды һәм Co / Sn моляр коэффициентында 10% булганда, сенсор H2 p-тибындагы ачыклау реакциясен һәм n тибындагы сизгерлекне күрсәтте. H2.җавап.CO, H2S һәм NH3 газларына сенсор җаваплары Рәсем 4a117-дә күрсәтелгән.Түбән Co / Sn нисбәтендә, күп гоможункцияләр SnO2 ± SnO2 наногрейн чикләрендә формалашалар һәм H2-ка n тибындагы сенсор җавапларын күрсәтәләр (4б, с) 115.Co / Sn нисбәтенең 10 молга кадәр артуы белән.%, SnO2-SnO2 гомоункцияләре урынына бер үк вакытта күп Co3O4-SnO2 гетерожункцияләре барлыкка килде (4d рәсем).Co3O4 H2 белән актив булмаганга, һәм SnO2 H2 белән көчле реакциядә булганга, H2ның ион кислород төрләре белән реакциясе, нигездә, SnO2117 өслегендә була.Шуңа күрә, электроннар SnO2 һәм Ef SnO2 үткәрү полосасына күчә, ә Ef Co3O4 үзгәрешсез кала.Нәтиҗәдә, сенсорның каршылыгы арта, бу Co / Sn катнашлыгы зур булган материалларның p тибындагы сизү тәртибен күрсәтә (4e рәсем).Киресенчә, CO, H2S, NH3 газлары SnO2 һәм Co3O4 өслегендә ион кислород төрләре белән реакциягә керәләр, һәм электроннар газдан сенсорга күчә, нәтиҗәдә барьер биеклеге кими һәм n тибындагы сизгерлек (4 нче рәсем)..Бу төрле сенсор тәртибе Co3O4ның төрле газлар белән реактивлыгы аркасында килеп чыга, моны Инин һәм башкалар раслады.118.Шулай ук, Каточ һ.б.119 күрсәтте, SnO2-ZnO композитлары яхшы сайлап алу һәм H2 өчен югары сизгерлек.Бу тәртип H атомнары ZnOның O позициясенә җиңел кушылырга мөмкин, H-s орбитасы белән O-p-орбитасы арасында көчле гибридизация аркасында, ZnO120,121 металлизациясенә китерә.
H2, CO, NH3 һәм H2S, b, c Co3O4 / SnO2 композицион сизү механизмы схемасы кебек түбән киметү газлары өчен Co / Sn-10% динамик каршылык кәкреләре.Co / Sn, df Co3O4 H2 һәм CO, H2S һәм NH3 механизмын ачыклау, югары Co / Sn / SnO2 композиты белән
Шуңа күрә, без I типтагы сенсорның сизгерлеген яхшырту ысулларын сайлап, композитларның ашлык күләмен киметеп, MOS композитларының моляр коэффициентын оптимальләштереп яхшырта алабыз.Моннан тыш, сизгер материалның химиясен тирәнтен аңлау сенсорның сайлылыгын тагын да көчәйтә ала.
II типтагы сенсор структуралары - популяр сенсор структурасы, ул төрле гетероген наноструктуралы материалларны куллана ала, шул исәптән бер "мастер" наноматериал, икенче яки хәтта өченче наноматериал.Мәсәлән, нанопартиклар, үзәк кабыгы (CS) һәм күпкатлы гетеронаноструктуралы материаллар белән бизәлгән бер үлчәмле яки ике үлчәмле материаллар гадәттә II типтагы сенсор структураларында кулланыла һәм түбәндә җентекләп тикшереләчәк.
Беренче гетероноструктур материал өчен (бизәлгән гетеронаноструктура), 2б рәсемдә күрсәтелгәнчә, сенсорның үткәргеч каналлары төп материал белән тоташтырылган.Гетеро-функцияләр формалашу аркасында, үзгәртелгән нанопартиклар газны үзләштерү яки дезорпцияләү өчен реактив мәйданнарны тәэмин итә ала, һәм сизүчәнлекне яхшырту өчен катализатор ролен башкара ала109,122,123,124.Uanан һ.б.Гунаван һ.б.125. Бер үлчәмле Au @ α-Fe2O3 нигезендә ультра югары сизгерлек ацетон сенсоры тәкъдим ителде һәм сенсорның сизгерлеге O2 молекулаларының кислород чыганагы буларак активлашуы белән контрольдә тотылды.Ау NP-ларның булуы кислород молекулаларының ацетонны оксидлаштыру өчен такталы кислородка бүленүен пропагандалаучы катализатор ролен башкара ала.Шундый ук нәтиҗәләр Чой һәм башкалар тарафыннан алынган.9 монда Pt катализаторы adsorbed кислород молекулаларын ионлаштырылган кислород төрләренә бүлү һәм ацетонга сизгер реакцияне көчәйтү өчен кулланылган.2017-нче елда шул ук тикшеренү төркеме күрсәткәнчә, биметалл нанопартиклар катализда бер асыл металл нанопартикларга караганда күпкә нәтиҗәлерәк, 5126-нчы рәсемдә күрсәтелгәнчә. уртача зурлыгы 3 нмнан ким.Аннары, электроспиннинг ысулын кулланып, ацетонга яки H2Sга сизгерлекне һәм сайлап алу көчен арттыру өчен PtM @ WO3 нанофибрлары алынган (5б - г).Күптән түгел, бер атом катализаторлары (SAC) катализ һәм газ анализы өлкәсендә искиткеч катализаторлык күрсәттеләр, атомнарны һәм көйләнгән электрон структураларны куллануның максималь эффективлыгы аркасында127,128.Шин һ.б.129 Pt-MCN @ SnO2 эчке җепселләрен газ табу өчен химик чыганак буларак Pt-SA якорлы углерод нитриды (MCN), SnCl2 һәм PVP наношеткаларын кулландылар.Pt @ MCN эчтәлегенең бик түбән булуына карамастан (0,13 вт. SnO2)..Бу искиткеч ачыклау эше Pt SA катализаторының максималь атом эффективлыгына һәм SnO2129 актив сайтларының минималь яктыртуына бәйле булырга мөмкин.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) нанопартикларын алу өчен Apoferritin-йөкләнгән анкапсуляция ысулы.WO3, PtPd @ WO3, PtRn @ WO3, һәм Pt-NiO @ WO3 нанофибрларының динамик газга сизгер үзлекләре;, мәсәлән, PtPd @ WO3, PtRn @ WO3 һәм Pt-NiO @ WO3 нанофибер сенсорларының сайлап алу үзлекләренә нигезләнеп, 126 комачаулаган газ 126 га кадәр.
Моннан тыш, скафолд материаллары һәм нанопартиклар арасында формалашкан гетерожункцияләр шулай ук сенсорның эшләвен яхшырту өчен радиаль модуляция механизмы аша үткәрү каналларын эффектив модульләштерә ала130,131,132.Инҗирдә.6а рәсемдә газларны киметү һәм оксидлаштыру өчен саф SnO2 һәм Cr2O3 @ SnO2 нановирларының сенсор характеристикалары күрсәтелгән131.Чиста SnO2 нановирлары белән чагыштырганда, Cr2O3 @ SnO2 нановирларының газларны киметүгә реакциясе зурайды, шул ук вакытта оксидлаштыручы газларга реакция начарайды.Бу күренешләр SnO2 нановирларының үткәргеч каналларының җирле тизләнеше белән тыгыз бәйләнгән, формалашкан pn гетерожункциянең радиаль юнәлешендә.Сенсор каршылыгы газларны киметү һәм оксидлаштыру тәэсиреннән соң саф SnO2 нановирлары өслегендә EDL киңлеген үзгәртеп көйләнергә мөмкин.Ләкин, Cr2O3 @ SnO2 нановирлары өчен, һавада SnO2 нановирларының башлангыч DEL саф SnO2 нановирлары белән чагыштырганда арта, һәм үткәрү каналы гетерожункция барлыкка килү аркасында кысыла.Шуңа күрә, сенсор киметүче газга эләккәндә, капланган электроннар SnO2 нановирларына чыгарыла һәм EDL кискен кими, нәтиҗәдә саф SnO2 нановирларына караганда сизгерлек зуррак.Киресенчә, оксидлаштыручы газга күчкәндә, DEL киңәюе чикләнгән, нәтиҗәдә түбән сизгерлек.Охшаш сенсор җавап нәтиҗәләре Чой һәм башкалар тарафыннан күзәтелде, 133, p-типтагы WO3 нанопартиклары белән бизәлгән SnO2 нановирлары газларны киметүгә сизү реакциясен сизелерлек яхшыртты, ә n-бизәлгән SnO2 сенсорлары газларны оксидлаштыруга сизгерлекне яхшыртты.TiO2 нанопартиклары (6б рәсем) 133. Бу нәтиҗә, нигездә, SnO2 һәм MOS (TiO2 яки WO3) нанопартикларның төрле эш функцияләренә бәйле.P-типта (n-тип) нанопартикларда, челтәр материалының үткәрү каналы (SnO2) радиаль юнәлештә киңәя (яки контрактлар), аннары, кыскарту (яки оксидлаштыру) ярдәмендә алга таба киңәю (яки кыскарту). газның SnO2 - кабыргасы үткәрү каналыннан (6б рәсем).
Радиаль модуляция механизмы LF MOS үзгәртелгән.Чиста SnO2 һәм Cr2O3 @ SnO2 нановирлары һәм тиешле сизү механизмы схематик схемалар нигезендә газларны киметү һәм оксидлаштыру газына кыскача кыскача мәгълүмат.һәм WO3 @ SnO2 нанородларының схемалары һәм ачыклау механизмы133
Билайер һәм күпкатлы гетероструктур җайланмаларда, җайланманың үткәрү каналында электродлар белән туры элемтәдә катлам (гадәттә аскы катлам) өстенлек итә, һәм ике катлам интерфейсында формалашкан гетерожункция аскы катламның үткәрүчәнлеген контрольдә тота ала. .Шуңа күрә, газлар өске катлам белән үзара бәйләнештә булганда, алар аскы катламның үткәрү каналларына һәм җайланманың 134 каршылыгына зур йогынты ясарга мөмкин.Мәсәлән, Кумар һ.б.77 NH3 өчен TiO2 @ NiO һәм NiO @ TiO2 ике катлы капма-каршы тәртип турында хәбәр иттеләр.Бу аерма барлыкка килә, чөнки ике сенсорның үткәрү каналлары төрле материаллар катламында өстенлек итә (тиешенчә NiO һәм TiO2), аннары төп үткәргеч каналлардагы үзгәрешләр төрле77.
Билайер яки күпкатлы гетеронаноструктуралар гадәттә бөтерелү, атом катламы (ALD) һәм центрифугация ярдәмендә җитештерелә56,70,134,135,136.Фильм калынлыгы һәм ике материалның контакт өлкәсе яхшы контрольдә тотыла ала.7а һәм b рәсемнәрендә NiO @ SnO2 һәм Ga2O3 @ WO3 нанофильмнары күрсәтелә, алар этанолны ачыклау өчен 135,137.Ләкин, бу ысуллар, гадәттә, яссы пленкалар җитештерәләр, һәм бу яссы фильмнар 3D наноструктуралы материалларга караганда азрак сизгер, өслеге түбән һәм газ үткәрүчәнлеге аркасында.Шуңа күрә, төрле иерархияле билайер фильмнар ясау өчен сыек фазалы стратегия шулай ук конкрет өслек мәйданын арттырып, сизүчәнлекне яхшырту тәкъдим ителде41,52,138.Zhu et al139 H2Sны ачыклау өчен SnO2 нановирлары (ZnO @ SnO2 нановирлары) өстендә югары заказлы ZnO нановирлары җитештерү өчен спуттеринг һәм гидротермик техниканы берләштерделәр (7 нче рәсем).Аның H2S 1 сәг.Лю һ.б.52 иерархик SnO2 @ NiO наноструктураларын ясау өчен, ситу химик чүпләү ысулын кулланып, югары этаплы H2S сенсоры турында хәбәр иттеләр, аннары җылылык аннализациясе (10-нчы рәсем).Гадәттәге бөтерелгән SnO2 @ NiO билайер фильмнары белән чагыштырганда, SnO2 @ NiO иерархик билайер структурасының сизгерлеге күрсәткечләре билгеле өслек мәйданының артуы аркасында сизелерлек яхшыра52,137.
Ике катлы газ сенсоры MOS нигезендә.Этанолны ачыклау өчен NiO @ SnO2 нанофильм;137b Ga2O3 @ WO3 нанофильм этанолны ачыклау өчен;H2Sны ачыклау өчен 135c югары заказлы SnO2 @ ZnO билайер иерархик структурасы;139d SnO2 @ NiO билайер H2S52ны табу өчен иерархик структура.
Төп типтагы гетеронаноструктураларга (CSHN) нигезләнгән II типтагы җайланмаларда сизү механизмы катлаулырак, чөнки үткәрү каналлары эчке кабык белән чикләнми.Пакетның җитештерү маршруты да, калынлыгы (с) үткәргеч каналларның урнашу урынын билгели ала.Мәсәлән, аскы синтез ысулларын кулланганда, үткәрү каналлары гадәттә эчке үзәк белән чикләнәләр, ул структурада ике катлы яки күпкатлы җайланма структураларына охшаган (2б рәсем (3)) 123, 140, 141, 142, 143. Сю һәм башкалар.144 CSHN NiO @ α-Fe2O3 һәм CuO @ α-Fe2O3 алу өчен түбән ысул турында хәбәр иттеләр, NiO яки CuO NP катламын α-Fe2O3 нанородларына урнаштырып, үткәрү каналы үзәк өлеш белән чикләнгән.(нанородлар α-Fe2O3).Лю һ.б.142 шулай ук үткәргеч каналны CSHN TiO2 @ Si-ның төп өлешенә чикләүгә иреште, TiO2-ны кремний нановирларының әзер массивларына урнаштырып.Шуңа күрә аның сизү тәртибе (p-тип яки n-тип) кремний нановирының ярымүткәргеч төренә генә бәйле.
Ләкин, күпчелек хәбәр ителгән CSHN нигезендәге сенсорлар (рәсем 2б (4)) синтезланган CS материалының порошокларын чипларга күчереп ясалган.Бу очракта сенсорның үткәрү юлы торак калынлыгына тәэсир итә.Ким төркеме hsның газны табу эшенә тәэсирен тикшерде һәм ачыклау механизмын тәкъдим итте100,112,145,146,147,148. Бу структураның сизү механизмына ике фактор ярдәм итә дип санала: (1) кабыкның EDL радиаль модуляциясе һәм (2) электр кырын пычрату эффекты (8 нче рәсем) 145. Тикшерүчеләр үткәрү каналын искә алдылар. ташучыларның күбесе кабык катламы белән чикләнәләр, кабык катламының hs> λD145. Бу структураның сизү механизмына ике фактор ярдәм итә дип санала: (1) кабыкның EDL радиаль модуляциясе һәм (2) электр кырын пычрату эффекты (8 нче рәсем) 145. Тикшерүчеләр үткәрү каналын искә алдылар. ташучыларның күбесе кабык катламы белән чикләнәләр, кабык катламының hs> λD145. Считается, что в механизме восприятия этой зыстаствуют два зая: λD оболочки145. Бу структураны кабул итү механизмында ике фактор катнаша дип санала: (1) кабыкның EDL радиаль модуляциясе һәм (2) электр кырын бозу эффекты (8 нче рәсем) 145. Тикшерүчеләр билгеләп үткәнчә. ташучы үткәрү каналы hs> λD кабыклары булганда кабык белән чикләнә.Бу структураны ачыклау механизмына ике фактор ярдәм итә дип санала: (1) кабыкның DEL радиаль модуляциясе һәм (2) электр кырын пычрату эффекты (8 нче рәсем) 145.研究 人员 提到 传导 当 s hs> λD145 时 ， 载 流。。。。 > 14D145 时 ， ， 载。。。。 Исследователи отметили, что кан проводимости Когда hs> λD145 оболочки, количесто носителе в основном ограничено оболоакой. Тикшерүчеләр билгеләп үткәнчә, үткәрү каналы кабыкның hs> λD145 булганда, йөртүчеләр саны, нигездә, кабык белән чикләнә.Шуңа күрә, CSHN нигезендә сенсорның резистив модуляциясендә, DEL белән капланган радиаль модуляция өстенлек итә (8а рәсем).Ләкин, кабыкның hs λD дәрәҗәсендә, кабык белән кушылган кислород кисәкчәләре һәм CS гетерожункциясендә барлыкка килгән гетерожункция электроннарның тулысынча бетүенә китерәләр. Шуңа күрә үткәрү каналы кабык катламы эчендә генә түгел, ә өлешчә үзәк өлешендә дә урнашкан, аеруча кабык катламының hs <λD булганда. Шуңа күрә үткәрү каналы кабык катламы эчендә генә түгел, ә өлешчә үзәк өлешендә дә урнашкан, аеруча кабык катламының hs <λD булганда. Поэтому Кан прововостости располагается не только внутри оболочечного слоя, ноябрь һәм частично в сердцевинной части, особенно при hs <λD оболочечного слоя. Шуңа күрә үткәрү каналы кабык катламы эчендә генә түгел, ә өлешчә үзәк өлешендә урнашкан, аеруча кабык катламының hs <λD.因此 ， 传导 s <<<<<<λD 时。 hs <λD 时。 Поэтому Кан прововостости располагается не только внутри оболочки, ноябрь һәм частично в сердцевине, особенно при hs <λD оболочки. Шуңа күрә үткәрү каналы кабык эчендә генә түгел, ә өлешчә үзәктә урнашкан, аеруча кабыкның hs <λD.Бу очракта, тулысынча беткән электрон кабыгы да, өлешчә беткән үзәк катламы бөтен CSHN каршылыгын модульләштерергә ярдәм итә, нәтиҗәдә электр кыры койрыгы эффекты (8б рәсем).Кайбер башка тикшеренүләр hs эффектын анализлау өчен электр кыры койрыгы урынына EDL күләм фракция концепциясен кулландылар100,148.Бу ике кертемне исәпкә алып, CSHN каршылыгының гомуми модуляциясе иң зур кыйммәткә ирешә, hs λD кабыгы белән чагыштырганда, 8 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә.Шуңа күрә, CSHN өчен оптималь hs λD кабыгына якын булырга мөмкин, бу эксперименталь күзәтүләргә туры килә99,144,145,146,149.Берничә тикшеренүләр күрсәткәнчә, hs шулай ук CSHN нигезендәге pn-heterojunction сенсорларының сизгерлегенә тәэсир итә ала 40,148.Ли һ.б.148 һәм Бай һ.б.40 ps-heterojunction CSHN сенсорларының TiO2 @ CuO һәм ZnO @ NiO кебек тәэсирен системалы рәвештә тикшерделәр, ALD циклын үзгәртеп.Нәтиҗәдә, сенсор тәртибе p-типтан n-типка үзгәрде hs40,148.Бу тәртип башта (чикләнгән санлы ALD цикллары белән) гетероструктураларны үзгәртелгән гетеронаноструктуралар дип санарга мөмкин.Шулай итеп, үткәрү каналы үзәк катлам белән чикләнгән (p тибындагы MOSFET), һәм сенсор p тибындагы ачыклау тәртибен күрсәтә.ALD цикллары саны арта барган саен, каплау катламы (n-MOSFET) квази-өзлексез була һәм үткәрү каналы булып эшли, нәтиҗәдә n тибындагы сизгерлек.Охшаш сенсор күчү тәртибе pn таралган гетеронаноструктуралар өчен 150,151 турында хәбәр ителде.Чжоу һәм башкалар.150 Zn2SnO4 @ Mn3O4 таралган гетеронаноструктураларның сизгерлеген тикшерде, Mn3O4 нановирлары өслегендә Zn2SnO4 эчтәлеген контрольдә тотып.Zn2SnO4 ядрәләре Mn3O4 өслегендә барлыкка килгәч, p тибындагы сизгерлек күзәтелә.Zn2SnO4 эчтәлегенең тагын да артуы белән, таралган Zn2SnO4 @ Mn3O4 гетеронаноструктурасына нигезләнгән сенсор n тибындагы сенсор тәртибенә күчә.
CS нановирларының ике функциональ сенсор механизмының концептуаль тасвирламасы күрсәтелгән.Электрон беткән кабыкларның радиаль модуляциясе аркасында каршылык модуляциясе, b Каршылык модуляциясенә мыскыллауның тискәре йогынтысы, һәм c ике эффектның берләшүе аркасында CS нановирларының гомуми каршылык модуляциясе 40
Ахырда, II типтагы сенсорлар күп төрле иерархик наноструктураларны үз эченә ала, һәм сенсорның эшләве үткәргеч каналларның урнашуына бик нык бәйле.Шуңа күрә, сенсорның үткәрү каналының торышын контрольдә тоту һәм II типтагы сенсорларның киңәйтелгән сизү механизмын өйрәнү өчен тиешле гетеронаноструктуралы MOS моделен куллану бик мөһим.
III тип сенсор структуралары бик еш очрый алмый, һәм үткәрү каналы, ике электродка тоташтырылган ике ярымүткәргеч арасында формалашкан гетерожункциягә нигезләнгән.Уникаль җайланма структуралары гадәттә микромахинация техникасы ярдәмендә алына һәм аларның сизү механизмнары алдагы ике сенсор структурасыннан бик нык аерылып тора.III типтагы сенсорның IV сызыгы, гадәттә, гетеро-функция формалашуы аркасында типик ректификация үзенчәлекләрен күрсәтә48,152,153.Идеаль гетерожункциянең I - V характеристик сызыгы, электрон эмиссиянең термионик механизмы белән гетерожункция барьеры биеклегендә сурәтләнергә мөмкин152,154,155.
монда Va - көчәнеш көчәнеше, A - җайланма өлкәсе, k - Больцман даими, T - абсолют температура, q - йөртүче корылмасы, Jn һәм Jp - тишек һәм электрон диффузия ток тыгызлыгы.IS кире туену токын күрсәтә, 152,154,155
Шуңа күрә, pn гетерожункциясенең гомуми агымы корылма йөртүчеләр концентрациясенең үзгәрүенә һәм (3) һәм (4) 156 тигезләмәләрендә күрсәтелгәнчә, гетерожункция барьеры биеклегенең үзгәрүенә бәйле.
монда nn0 һәм pp0 - электрон (тишекләр) n-типтагы (p-тип) MOS концентрациясе, \ (V_ {bi} ^ 0 \) - урнаштырылган потенциал, Dp (Dn) - диффузия коэффициенты. электроннар (тишекләр), Ln (Lp) - электроннарның (тишекләрнең) диффузия озынлыгы, vEv (ΔEc) - гетерожункциядә валентлык полосасының (үткәрү полосасы) энергия сменасы.Хәзерге тыгызлык ташучы тыгызлыгына пропорциональ булса да, ул экспоненциаль рәвештә кире пропорциональ \ (V_ {bi} ^ 0 \).Шуңа күрә, агым тыгызлыгының гомуми үзгәреше гетерожункция барьеры биеклегенең модуляциясенә бәйле.
Aboveгарыда әйтелгәнчә, гетеро-наноструктуралы MOSFETлар булдыру (мәсәлән, I тип һәм II типтагы җайланмалар) аерым компонентлар түгел, сенсорның эшләвен сизелерлек яхшырта ала.III типтагы җайланмалар өчен гетеронаноструктура реакциясе ике компоненттан 48,153 яки бер компоненттан югарырак булырга мөмкин, материалның химик составына карап.Берничә доклад күрсәткәнчә, гетероноструктураларның реакциясе бер компонентка караганда күпкә югарырак, компонентларның берсе максатлы газга сизгер булмаганда 48,75,76,153.Бу очракта, максатлы газ сизгер катлам белән үзара бәйләнештә торачак һәм сизгер катламның Ef сменасына һәм гетерожункция барьеры биеклегенең үзгәрүенә китерәчәк.Аннары җайланманың гомуми агымы сизелерлек үзгәрәчәк, чөнки тигезләмә буенча гетерожункция барьеры биеклеге белән капма-каршы бәйләнгән.(3) һәм (4) 48,76,153.Ләкин, n тибындагы һәм p тибындагы компонентлар максатлы газга сизгер булганда, ачыклау эше арада булырга мөмкин.Хосе һ.б.сенсор.Бу күренеш SnO2 һәм NiOның NO276 каршы реакцияләрен күрсәтүе белән бәйле.Шулай ук, ике компонентның газ сизгерлеге төрле булганга, аларда оксидлаштыру һәм газларны киметү тенденциясе булырга мөмкин.Мәсәлән, Квон һ.б.157 NiO / SnO2 pn-heterojunction газ сенсорын тәкъдим иттеләр, 9а рәсемдә күрсәтелгәнчә.Кызык, NiO / SnO2 pn-heterojunction сенсоры H2 һәм NO2 өчен бер үк сизгерлек тенденциясен күрсәтте (9а рәсем).Бу нәтиҗәләрне чишү өчен, Квон һ.б.157 системалы рәвештә NO2 һәм H2 ташучы концентрацияләрен ничек үзгәртә һәм IV (характеристика һәм компьютер симуляцияләрен кулланып) ике материалның көйләнгән \ (V_ {bi} ^ 0 \) системалы рәвештә тикшерелде (9бд рәсем).9б һәм с рәсемнәрендә H2 һәм NO2 сенсорларның йөртүче тыгызлыгын p-NiO (pp0) һәм n-SnO2 (nn0) нигезендә үзгәртү сәләтен күрсәтәләр.Алар p-тибындагы NiOның pp2 NO2 мохитендә бераз үзгәргәнен күрсәттеләр, ә H2 мохитендә кискен үзгәрде (9б рәсем).Ләкин, n-типтагы SnO2 өчен nn0 киресенчә эш итә (9с рәсем).Бу нәтиҗәләргә нигезләнеп, авторлар H2 NiO / SnO2 pn гетерожункциясе нигезендә сенсорга кулланылгач, nn0 арту Jn үсешенә китерде, һәм \ (V_ {bi} ^ 0 \) a китерде җавапның кимүе (9-нчы рәсем).NO2 тәэсиреннән соң, SnO2-та nn0-ның зур кимүе һәм NiO-ның pp0-ның кечкенә артуы \ (V_ {bi} ^ 0 \) зур кимүгә китерә, бу сенсор реакциянең артуын тәэмин итә (9-нчы рәсем). ) 157 Ахырда, ташучылар концентрациясенең үзгәрүе һәм \ (V_ {bi} ^ 0 \) гомуми токның үзгәрүенә китерә, бу ачыклау сәләтенә тагын да тәэсир итә.
Газ сенсорының сизү механизмы III типтагы җайланма структурасына нигезләнгән.Электрон микроскопия (SEM) кисемтә рәсемнәрен сканерлау, p-NiO / n-SnO2 нанокоил җайланмасы һәм p-NiO / n-SnO2 нанокоил гетерожункция сенсорының H2 һәм NO2 өчен 200 ° C температурасында сенсор;б, с-җайланманың кисемтә SEM, һәм p-NiO б-катламы һәм n-SnO2 с-катламы булган җайланманың симуляция нәтиҗәләре.B p-NiO сенсоры һәм c n-SnO2 сенсоры коры һавада һәм H2 һәм NO2 тәэсиреннән соң I - V характеристикаларын үлчәп туры килә.P-NiOдагы б-тишек тыгызлыгының ике үлчәмле картасы һәм төсле масштаблы n-SnO2 катламындагы с-электроннар картасы Sentaurus TCAD программасы ярдәмендә модельләштерелгән.d Коры һавада p-NiO / n-SnO2, H2 һәм NO2157 3D картасын күрсәтүче симуляция нәтиҗәләре.
Материалның химик үзлекләренә өстәп, III типтагы җайланма структурасы үз-үзе белән эшләнгән газ сенсорларын булдыру мөмкинлеген күрсәтә, бу I һәм II тип җайланмалары белән мөмкин түгел.Электр кыры (BEF) булганга, pn гетерожункцияле диод структуралары гадәттә фотоволтаик җайланмалар төзү өчен һәм яктырту астында бүлмә температурасында үз-үзе белән эшләнгән фотоэлектрик газ сенсорларын ясау өчен потенциалны күрсәтәләр74,158,159,160,161.Гетероинтерфейста BEF, материалларның Ферми дәрәҗәсенең аермасы аркасында килеп чыккан, шулай ук электрон тишек парларын аерырга ярдәм итә.Selfз-үзе белән эшләнгән фотоволтаик газ сенсорының өстенлеге - аның аз энергия куллануы, чөнки ул яктырткычның энергиясен үзләштерә ала, аннары үзен яки башка миниатюр җайланмаларны тышкы энергия чыганагы кирәксез контрольдә тота ала.Мәсәлән, Танума һәм Сугияма162 NiO / ZnO pn гетерожункцияләрен SnO2 нигезендәге поликристалл CO2 сенсорларын активлаштыру өчен кояш күзәнәкләре итеп уйлап чыгардылар.Гад һ.б.74, Si / ZnO @ CdS pn гетерожункциясе нигезендә үз-үзе белән эшләнгән фотоволтаик газ сенсоры турында хәбәр иттеләр, 10а рәсемдә күрсәтелгәнчә.Вертикаль юнәлешле ZnO нановирлары турыдан-туры p тибындагы кремний субстратларда үстерелде, Si / ZnO pn гетерожункцияләрен формалаштыру өчен.Аннары CdS нанопартиклары ZnO нановирлары өслегендә химик өслек модификациясе белән үзгәртелде.Инҗирдә.10а Si / ZnO @ CdS сенсорының O2 һәм этанол өчен җавап нәтиҗәләрен күрсәтә.Яктырту астында, Si / ZnO гетероинтерфейсындагы BEP вакытында электрон тишекле парларның аерылуы аркасында ачык схема көчәнеше (Voc) тоташтырылган диодлар саны белән турыдан-туры арта74,161.Voc тигезләмә белән күрсәтелергә мөмкин.(5) 156,
монда ND, NA, Ni - донорларның, кабул итүчеләрнең, эчке йөртүчеләрнең концентрацияләре, һәм k, T, q алдагы тигезләмәдәге параметрлар.Оксидлаштыручы газларга эләккәндә, алар ZnO нановирларыннан электроннар чыгаралар, бу \ (N_D ^ {ZnO} \) һәм Voc кимүенә китерә.Киресенчә, газны киметү Voc үсешенә китерде (10а рәсем).ZnOны CdS нанопартиклары белән бизәгәндә, CdS нанопартикларында фотоэксит электроннар ZnO үткәрү полосасына кертелә һәм adsorbed газ белән үзара бәйләнештә тора, шуның белән сизү эффективлыгын арттыра74,160.Si / ZnO нигезендә шундый ук үз-үзе белән эшләнгән фотоволтаик газ сенсоры Хоффман һәм башкалар тарафыннан хәбәр ителде.160, 161 (10б рәсем).Бу сенсор амин-функциональ ZnO нанопартиклары ([3- (2-аминоэтиламино) пропил] триметоксисилан) (амино-функциональ-SAM) һәм тиол ((3-меркаптопропил) функциональләштерелгән линия ярдәмендә әзерләнергә мөмкин, эш функциясен көйләү өчен. NO2 (триметоксисилан) (тиол-функциональләштерелгән-SAM) сайлап алу өчен максатлы газ) (10б рәсем) 74,161.
III типтагы җайланма структурасына нигезләнгән үз-үзе белән эшләнгән фотоэлектрик газ сенсоры.Si / ZnO @ CdS нигезендә үз-үзе белән эшләнгән фотоволтаик газ сенсоры, үз-үзе белән идарә итү механизмы һәм оксидлаштырылган (O2) һәм сенсор реакциясе кояш нуры астында газларның кимүе (1000 ppm этанол);Si ZnO / ZnO сенсорлары һәм ZnO SAM функциональләшкәннән соң төрле газларга сенсор реакцияләре нигезендә үз-үзе белән эшләнгән фотоволтаик газ сенсоры 161 терминал аминнары һәм тиоллары белән.
Шуңа күрә, III типтагы сенсорларның сизгер механизмы турында сөйләшкәндә, гетерожункция барьеры биеклегенең үзгәрүен һәм газның ташучы концентрациясенә тәэсир итү сәләтен билгеләргә кирәк.Моннан тыш, яктырту газ белән реакцияләнгән фотогенератор йөртүчеләр барлыкка китерә ала, бу үз-үзе белән эшләнгән газны табарга вәгъдә бирә.
Бу әдәбият рецензиясендә каралганча, сенсорның эшләвен яхшырту өчен күп төрле MOS гетеронаноструктуралары уйлап чыгарылган.Фән Вебы базасында төрле ачкыч сүзләр (металл оксиды композитлары, үзәк металл оксидлары, катлам металл оксидлары, һәм үз-үзе белән эшләнгән газ анализаторлары), шулай ук үзенчәлекле характеристика (муллык, сизгерлек / сайлап алу, энергия җитештерү потенциалы, җитештерү) эзләнде. .Метод Бу өч җайланманың өчесенең характеристикалары 2-нче таблицада күрсәтелгән, югары җитештерүчән газ сенсорлары өчен гомуми концепция Ямазое тәкъдим иткән өч төп факторны анализлап карала.MOS гетероструктур сенсорлары механизмнары Газ сенсорларына йогынты ясаучы факторларны аңлау өчен, төрле MOS параметрлары (мәсәлән, ашлык күләме, эш температурасы, җитешсезлек һәм кислород вакансия тыгызлыгы, ачык кристалл самолетлар) җентекләп өйрәнелде.Сенсорның сизү тәртибе өчен дә мөһим булган җайланма структурасы игътибарсыз калдырылды һәм бик сирәк тикшерелде.Бу рецензиядә өч типтагы җайланма структурасын ачыклауның төп механизмнары карала.
Ашлык күләме структурасы, җитештерү ысулы, I типтагы сенсордагы сизү материалының гетерожункцияләре саны сенсорның сизгерлегенә зур йогынты ясый ала.Моннан тыш, сенсорның тәртибе компонентларның моляр катнашлыгына тәэсир итә.II тип җайланма структуралары (декоратив гетеронаноструктуралар, билайер яки күпкатлы фильмнар, HSSN) - ике яки күбрәк компоненттан торган иң популяр җайланма структуралары, һәм электродка бер компонент тоташтырылган.Бу җайланма структурасы өчен, үткәрү каналларының урнашу урынын һәм аларның чагыштырмача үзгәрүләрен сизү механизмын өйрәнүдә бик мөһим.II типтагы җайланмалар күп төрле иерархик гетеронаноструктураларны үз эченә алганга, күп төрле сизү механизмнары тәкъдим ителде.III типтагы сенсор структурасында үткәрү каналында гетеро-функциядә формалашкан гетеро-функция өстенлек итә, һәм сизү механизмы бөтенләй башка.Шуңа күрә, III типтагы сенсорга максатлы газ тәэсиреннән соң, гетерожункция барьеры биеклегенең үзгәрүен билгеләргә кирәк.Бу дизайн ярдәмендә энергия куллануны киметү өчен үз-үзе белән эшләнгән фотоволтаик газ сенсорлары ясарга мөмкин.Ләкин, хәзерге эшкәртү процессы бик катлаулы һәм сизгерлек традицион MOS нигезендәге химо-резистив газ сенсорларына караганда күпкә түбән булганга, үз-үзе белән эшләнгән газ сенсорларын тикшерүдә әле күп алгарыш бар.
Иерархик гетеронаноструктуралар белән газ MOS сенсорларының төп өстенлекләре - тизлек һәм югары сизгерлек.Ләкин, MOS газ сенсорларының кайбер төп проблемалары (мәсәлән, югары эш температурасы, озак вакытлы тотрыклылык, начар сайлап алу һәм репродуктивлык, дым эффектлары һ.б.) әле дә бар һәм аларны практик кулланмаларда кулланганчы чишәргә кирәк.Хәзерге MOS газ сенсорлары гадәттә югары температурада эшлиләр һәм күп көч кулланалар, бу сенсорның озак вакытлы тотрыклылыгына тәэсир итә.Бу проблеманы чишүдә ике уртак алым бар: (1) аз көчле сенсор чипларын үстерү;2) түбән температурада яки хәтта бүлмә температурасында эшли ала торган яңа сизгер материаллар эшләү.Аз көчле сенсор фишкаларын эшкәртүгә бер ысул - керамика һәм кремний нигезендә микроэлемтә тәлинкәләрен ясап сенсорның зурлыгын киметү.Керамика нигезендәге микро җылыту тәлинкәләре сенсорга якынча 50-70 мВ куллана, оптимизацияләнгән кремний нигезендәге микро җылыту тәлинкәләре 300 ° C163,164 өзлексез эшләгәндә сенсорга 2 мВт кимрәк куллана ала.Яңа сизү материалларын эшләү - эш температурасын төшереп, энергия куллануны киметүнең эффектив ысулы, шулай ук сенсорның тотрыклылыгын яхшырта ала.Сенсорның сизгерлеген арттыру өчен MOS күләме кимүен дәвам иткәндә, MOSның җылылык тотрыклылыгы тагын да катлаулырак була, бу сенсор сигналының агып китүенә китерергә мөмкин165.Моннан тыш, югары температура гетероинтерфейс материалларның таралуына һәм сенсорның электрон үзлекләренә йогынты ясаучы катнаш этаплар формалашуга ярдәм итә.Тикшеренүләр хәбәр итүенчә, сенсорның оптималь эш температурасы тиешле сенсор материалларын сайлап һәм MOS гетеронаноструктураларын эшләп киметергә мөмкин.Highlyгары кристалл MOS гетеронаноструктураларын ясау өчен түбән температуралы ысул эзләү - тотрыклылыкны яхшырту өчен тагын бер өметле ысул.
MOS сенсорларының сайлануы тагын бер практик проблема, чөнки төрле газлар максатлы газ белән бергә яши, MOS сенсорлары еш кына бердән артык газга сизгер һәм еш кросс сизгерлеген күрсәтәләр.Шуңа күрә, практик куллану өчен сенсорның максатлы газга һәм башка газларга сайлылыгын арттыру бик мөһим.Соңгы берничә дистә ел эчендә сайлау өлешчә “электрон борын (E-борын)” дип аталган газ сенсорларын төзү белән исәпләнде, исәпләү анализы алгоритмнары белән берлектә, вектор квантизациясе (LVQ), төп компонент анализы (PCA), һ.б.Сексуаль проблемалар.Электрон борыннарның сәләтен яхшырту өчен ике төп фактор (сизү материалы төре белән тыгыз бәйләнгән сенсорлар саны), төп өлешләр (ПЛС) һ.б. газларны ачыклау169.Ләкин, сенсорлар санын арттыру гадәттә күп катлаулы җитештерү процессларын таләп итә, шуңа күрә электрон борыннарның эшләвен яхшырту өчен гади ысул табу бик мөһим.Моннан тыш, MOSны башка материаллар белән үзгәртү сенсорның сайлылыгын арттырырга мөмкин.Мәсәлән, NP Pd белән үзгәртелгән MOSның яхшы катализатор активлыгы аркасында H2-ны сайлап алу мөмкин.Соңгы елларда, кайбер тикшерүчеләр MOS MOF өслеген капладылар, сенсор сайлап алу сәләтен яхшырту өчен, 171,172.Бу эш белән илһамланып, материаль функциональләштерү ничектер сайлап алу проблемасын чишә ала.Шулай да, дөрес материал сайлауда әле күп эш башкарылырга тиеш.
Шул ук шартларда һәм ысулларда җитештерелгән сенсорларның характеристикаларының кабатлануы зур масштаблы җитештерү һәм практик кулланулар өчен тагын бер мөһим таләп.Гадәттә, центрифугация һәм суга батыру ысуллары - югары үткәргеч газ сенсорларын ясау өчен аз чыгымлы ысуллар.Ләкин, бу процесслар вакытында сизгер материал тупланырга омтыла һәм сизгер материал белән субстрат арасындагы бәйләнеш зәгыйфьләнә 68, 138, 168. Нәтиҗәдә, сенсорның сизгерлеге һәм тотрыклылыгы сизелерлек начарлана, һәм эш репродуктив була.Башка ясалма ысуллар, мәсәлән, бөтерелү, ALD, импульслы лазер чүпләү (ПЛД), һәм физик пар парламенты (PVD) билайер яки күпкатлы MOS фильмнарын турыдан-туры үрнәк кремний яки алумина субстратларында җитештерергә мөмкинлек бирә.Бу ысуллар сизгер материаллар төзүдән саклыйлар, сенсорның репродуктивлыгын тәэмин итәләр, планар нечкә пленка сенсорларының зур масштаблы җитештерү мөмкинлеген күрсәтәләр.Ләкин, бу яссы фильмнарның сизгерлеге, гадәттә, кечкенә наноструктуралаштырылган материаллардан күпкә түбән, аларның кечкенә өслек мәйданы һәм газ үткәрүчәнлеге түбән булганга 41,174.Структуралы микроаррейларда билгеле урыннарда MOS гетеронаноструктураларын үстерү һәм сизгер материалларның зурлыгын, калынлыгын, морфологиясен төгәл контрольдә тоту өчен яңа стратегияләр югары репродуктивлык һәм сизгерлек белән вафер дәрәҗәсендәге сенсорларны аз чыгымлы ясау өчен бик мөһим.Мәсәлән, Лю һ.б.174 Ni (OH) ситуасында 2 нановаллда үсеп, югары үткәргеч кристалллар ясау өчен берләштерелгән өстән-аста стратегия тәкъдим иттеләр..Микробернирлар өчен вафиннар.
Моннан тыш, практик кулланмаларда дымның сенсорга тәэсирен исәпкә алу мөһим.Су молекулалары сенсор материалларында adsorption мәйданнары өчен кислород молекулалары белән көндәш булырга һәм максатлы газ өчен сенсорның җаваплылыгына тәэсир итә ала.Кислород кебек, су физик сорпция аша молекула ролен башкара, һәм шулай ук химизорпция аша гидроксил радикаллары яки гидроксил төркемнәре рәвешендә булырга мөмкин.Моннан тыш, әйләнә-тирә мохитнең югары дәрәҗәсе һәм үзгәрүчән дымлылыгы аркасында, сенсорның максатлы газга ышанычлы җавап бирүе зур проблема.Бу проблеманы чишү өчен берничә стратегия эшләнде, мәсәлән, газ преконцентрациясе, дым компенсациясе һәм кросс реактив такталар178, шулай ук киптерү ысуллары179,180.Ләкин, бу ысуллар кыйммәт, катлаулы, сенсорның сизгерлеген киметә.Дым тәэсирен басу өчен берничә арзан стратегия тәкъдим ителде.Мәсәлән, SnO2-ны Pd нанопартиклары белән бизәү, adsorbed кислородны анион кисәкчәләренә әверелдерергә ярдәм итә, шул ук вакытта NiO һәм CuO кебек су молекулалары өчен бик якын булган материаллар белән SnO2 функциональләштерү, су молекулаларына дымга бәйле булуның ике ысулы..Сенсорлар 181, 182, 183. Моннан тыш, гидрофобик материаллар кулланып, гидрофобик материаллар кулланып, дымлылык эффекты кимергә мөмкин36,138,184,185.Ләкин, дымга чыдам газ сенсорларын үстерү әле башлангыч этапта, һәм бу проблемаларны чишү өчен алдынгы стратегияләр кирәк.
Ахырда, MOS гетеронаноструктураларын булдыру ярдәмендә ачыклау эшчәнлеген яхшырту (мәсәлән, сизгерлек, сайлап алу, түбән оптималь эш температурасы) ирешелде, һәм ачыклауның төрле камилләштерелгән механизмнары тәкъдим ителде.Билгеле сенсорның сизү механизмын өйрәнгәндә, җайланманың геометрик структурасы да исәпкә алынырга тиеш.Газ сенсорларының эшләвен тагын да яхшырту һәм киләчәктә калган проблемаларны чишү өчен яңа сенсор материалларын тикшерү һәм алдынгы ясалма стратегияләр буенча тикшеренүләр таләп ителәчәк.Сенсор характеристикаларын контрольдә тоту өчен, сенсор материалларының синтетик ысулы белән гетеронаноструктуралар функциясе арасындагы бәйләнешне системалы рәвештә төзергә кирәк.Моннан тыш, заманча характеристика ысулларын кулланып, өслек реакцияләрен һәм гетероинтерфейслардагы үзгәрешләрне өйрәнү, аларны кабул итү механизмнарын ачыкларга ярдәм итә һәм гетеронаноструктуралаштырылган материаллар нигезендә сенсорлар үсеше өчен тәкъдимнәр бирә ала.Ниһаять, заманча сенсор ясау стратегияләрен өйрәнү, сәнәгать кушымталары өчен вафер дәрәҗәсендә миниатюр газ сенсорларын ясарга мөмкинлек бирергә мөмкин.
Гензель, Н.Н. һ.б.Шәһәр җирләрендә астма булган балаларда азот диоксиды дәрәҗәсен һәм сулыш алу симптомнарын озын өйрәнү.тирә-юнь.Сәламәтлек перспективасы.116, 1428–1432 (2008).
Пост вакыты: 04-2022 ноябрь
