Suorituskykyisten, kannettavien ja pienikokoisten kaasuanturien kehittäminen saa yhä enemmän huomiota ympäristövalvonnan, turvallisuuden, lääketieteellisen diagnostiikan ja maatalouden aloilla.Erilaisten ilmaisutyökalujen joukossa metallioksidipuolijohde- (MOS) kemoresistiiviset kaasuanturit ovat suosituin valinta kaupallisiin sovelluksiin niiden korkean vakauden, alhaisten kustannusten ja korkean herkkyyden vuoksi.Yksi tärkeimmistä lähestymistavoista anturin suorituskyvyn parantamiseksi on nanokokoisten MOS-pohjaisten heteroliitosten (hetero-nanostrukturoitujen MOS) luominen MOS-nanomamateriaaleista.Heteronanostrukturoidun MOS-anturin tunnistusmekanismi on kuitenkin erilainen kuin yksittäisen MOS-kaasuanturin, koska se on melko monimutkainen.Anturin suorituskykyyn vaikuttavat useat parametrit, mukaan lukien herkän materiaalin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (kuten raekoko, virhetiheys ja materiaalin happivaanssi), käyttölämpötila ja laitteen rakenne.Tässä katsauksessa esitellään useita konsepteja korkean suorituskyvyn kaasuanturien suunnitteluun analysoimalla heterogeenisten nanorakenteisten MOS-anturien tunnistusmekanismia.Lisäksi käsitellään laitteen geometrisen rakenteen vaikutusta, joka määräytyy herkän materiaalin ja työelektrodin välisen suhteen perusteella.Antureiden käyttäytymisen systemaattista tutkimista varten tässä artikkelissa esitellään ja käsitellään yleistä mekanismia kolmen tyypillisen laitteiden geometrisen rakenteen havaitsemiseksi, jotka perustuvat erilaisiin heteronanorakenteisiin materiaaleihin.Tämä yleiskatsaus toimii oppaana tuleville lukijoille, jotka tutkivat kaasuanturien herkkiä mekanismeja ja kehittävät tehokkaita kaasuantureita.
Ilmansaasteet ovat yhä vakavampi ongelma ja vakava globaali ympäristöongelma, joka uhkaa ihmisten ja elävien olentojen hyvinvointia.Kaasumaisten epäpuhtauksien hengittäminen voi aiheuttaa monia terveysongelmia, kuten hengityselinsairauksia, keuhkosyöpää, leukemiaa ja jopa ennenaikaista kuolemaa1,2,3,4.Vuosina 2012–2016 miljoonien ihmisten kerrottiin kuolleen ilmansaasteisiin, ja joka vuosi miljardit ihmiset altistuvat huonolle ilmanlaadulle5.Siksi on tärkeää kehittää kannettavia ja pienikokoisia kaasuantureita, jotka voivat tarjota reaaliaikaista palautetta ja korkeaa tunnistustehoa (esim. herkkyys, selektiivisyys, vakaus sekä vaste- ja palautumisajat).Ympäristön seurannan lisäksi kaasuantureilla on keskeinen rooli turvallisuudessa6,7,8, lääketieteellisessä diagnostiikassa9,10, vesiviljelyssä11 ja muilla aloilla12.
Tähän mennessä on otettu käyttöön useita kannettavia kaasuantureita, jotka perustuvat erilaisiin tunnistusmekanismeihin, kuten optiset13,14,15,16,17,18, sähkökemialliset19,20,21,22 ja kemialliset resistiiviset anturit23,24.Niistä metallioksidi-puolijohde- (MOS) kemialliset resistiiviset anturit ovat suosituimpia kaupallisissa sovelluksissa korkean vakauden ja alhaisten kustannustensa vuoksi25,26.Epäpuhtauksien pitoisuus voidaan määrittää yksinkertaisesti havaitsemalla muutos MOS-resistanssissa.1960-luvun alussa ilmoitettiin ensimmäisistä ZnO-ohutkalvoihin perustuvista kemoresistiivisistä kaasuantureista, mikä herätti suurta kiinnostusta kaasun havaitsemisen alalla27,28.Nykyään kaasuherkkinä materiaaleina käytetään monia erilaisia MOS:ia, ja ne voidaan jakaa kahteen luokkaan fysikaalisten ominaisuuksiensa perusteella: n-tyypin MOS, jossa elektronit ovat enemmistön varauksen kantajia, ja p-tyypin MOS, jossa on reiät enemmistövarauksen kantajina.latauskuljettajat.Yleensä p-tyypin MOS on vähemmän suosittu kuin n-tyypin MOS, koska p-tyypin MOS:n (Sp) induktiivinen vaste on verrannollinen n-tyypin MOS:n neliöjuureen (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) samoilla oletuksilla (esimerkiksi sama morfologinen rakenne ja sama muutos ilmassa olevien vyöhykkeiden taipumisessa) 29,30.Yksipohjaisissa MOS-antureissa on kuitenkin edelleen ongelmia, kuten riittämätön tunnistusraja, alhainen herkkyys ja selektiivisyys käytännön sovelluksissa.Selektiivisyysongelmia voidaan ratkaista jossain määrin luomalla anturiryhmiä (jota kutsutaan "elektronisiksi nenäksi") ja sisällyttämällä niihin laskennallisia analyysialgoritmeja, kuten koulutusvektorikvantisointi (LVQ), pääkomponenttianalyysi (PCA) ja osittaisten pienimpien neliöiden analyysi (PLS)31, 32, 33, 34, 35. Lisäksi pieniulotteisten MOS32,36,37,38,39 (esim. yksiulotteisten (1D), 0D ja 2D nanomateriaalien) tuotanto sekä muiden nanomateriaalien käyttö ( Esim. MOS40,41,42, jalometallinanohiukkaset (NP:t)43,44, hiilinanomateriaalit45,46 ja johtavat polymeerit47,48) nanomittakaavan heteroliittymien (eli heteronanorakenteinen MOS) luomiseksi ovat muita edullisia lähestymistapoja yllä olevien ongelmien ratkaisemiseksi.Perinteisiin paksuihin MOS-kalvoihin verrattuna pieniulotteinen MOS, jolla on suuri ominaispinta-ala, voi tarjota aktiivisempia paikkoja kaasun adsorptiolle ja helpottaa kaasun diffuusiota 36, 37, 49.Lisäksi MOS-pohjaisten heteronanorakenteiden suunnittelu voi edelleen virittää kantoaallon kuljetusta heterorajapinnassa, mikä johtaa suuriin resistanssimuutoksiin erilaisista toimintatoiminnoista johtuen50,51,52.Lisäksi jotkin kemialliset vaikutukset (esim. katalyyttinen aktiivisuus ja synergistiset pintareaktiot), joita esiintyy MOS-heteronanorakenteiden suunnittelussa, voivat myös parantaa anturin suorituskykyä.50,53,54 Vaikka MOS-heteronanorakenteiden suunnittelu ja valmistaminen olisi lupaava lähestymistapa parantaakseen anturin suorituskyvyn vuoksi nykyaikaiset kemoresistiiviset anturit käyttävät tyypillisesti yritystä ja erehdystä, mikä on aikaa vievää ja tehotonta.Siksi on tärkeää ymmärtää MOS-pohjaisten kaasuanturien tunnistusmekanismi, koska se voi ohjata tehokkaiden suunta-anturien suunnittelua.
Viime vuosina MOS-kaasuanturit ovat kehittyneet nopeasti, ja joitakin raportteja on julkaistu MOS-nanorakenteista55,56,57, huonelämpötilan kaasuantureista58,59, erityisistä MOS-anturimateriaaleista60,61,62 ja erikoiskaasuantureista63.Other Reviews -julkaisussa julkaistussa katsauksessa keskitytään kaasuantureiden tunnistusmekanismin selvittämiseen MOS:n luontaisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien perusteella, mukaan lukien happivakanssien rooli 64, heteronanorakenteiden rooli 55, 65 ja varauksen siirto heterorajapinnoissa 66. Lisäksi , monet muut parametrit vaikuttavat anturin suorituskykyyn, mukaan lukien heterorakenne, raekoko, käyttölämpötila, vikatiheys, happivaanssit ja jopa herkän materiaalin avoimet kidetasot25,67,68,69,70,71.72, 73. Kuitenkin laitteen (harvoin mainittu) geometrinen rakenne, joka määräytyy anturimateriaalin ja työelektrodin välisen suhteen perusteella, vaikuttaa myös merkittävästi anturin herkkyyteen74,75,76 (katso lisätietoja osiosta 3) .Esimerkiksi Kumar et ai.77 raportoi kaksi kaasuanturia, jotka perustuivat samaan materiaaliin (esim. kaksikerroksiset kaasuanturit, jotka perustuvat TiO2@NiO- ja NiO@TiO2-pohjaisiin) ja havaitsivat erilaisia muutoksia NH3-kaasun resistanssissa erilaisten laitteiden geometrioiden vuoksi.Siksi kaasuntunnistusmekanismia analysoitaessa on tärkeää ottaa huomioon laitteen rakenne.Tässä katsauksessa kirjoittajat keskittyvät MOS-pohjaisiin tunnistusmekanismeihin erilaisille heterogeenisille nanorakenteille ja laiterakenteille.Uskomme, että tämä arvostelu voi toimia oppaana lukijoille, jotka haluavat ymmärtää ja analysoida kaasunilmaisumekanismeja, ja se voi auttaa kehittämään tulevia korkean suorituskyvyn kaasuantureita.
KuvassaKuvassa 1a on esitetty yhteen MOS:iin perustuvan kaasuntunnistusmekanismin perusmalli.Lämpötilan noustessa happi (O2) molekyylien adsorptio MOS-pinnalla vetää puoleensa elektroneja MOS:sta ja muodostaa anionisia lajeja (kuten O2- ja O-).Tämän jälkeen MOS:n 15, 23, 78 pinnalle muodostetaan elektronien hävityskerros (EDL) n-tyypin MOS:lle tai aukonvarauskerros (HAL) p-tyypin MOS:lle. MOS saa pinnan MOS:n johtavuuskaistan taipumaan ylöspäin ja muodostamaan potentiaaliesteen.Myöhemmin, kun anturi altistetaan kohdekaasulle, MOS:n pinnalle adsorboitunut kaasu reagoi ionisten happilajien kanssa joko vetäen puoleensa elektroneja (hapettava kaasu) tai luovuttaen elektroneja (pelkistävä kaasu).Elektronin siirto kohdekaasun ja MOS:n välillä voi säätää EDL:n tai HAL30,81:n leveyttä, mikä muuttaa MOS-anturin kokonaisresistanssia.Esimerkiksi pelkistävässä kaasussa elektronit siirretään pelkistävästä kaasusta n-tyypin MOS:iin, mikä johtaa alhaisempaan EDL:ään ja pienempään vastukseen, jota kutsutaan n-tyypin anturin käyttäytymiseksi.Sitä vastoin kun p-tyypin MOS altistetaan pelkistävälle kaasulle, joka määrittää p-tyypin herkkyyskäyttäytymisen, HAL kutistuu ja vastus kasvaa elektronien luovutuksen vuoksi.Hapettavien kaasujen anturin vaste on päinvastainen kuin pelkistävissä kaasuissa.
Perusilmaisumekanismit n-tyypin ja p-tyypin MOS:ille pelkistäviä ja hapettavia kaasuja varten b Puolijohdekaasuantureiden avaintekijät ja fysikaalis-kemialliset tai materiaaliominaisuudet 89
Perusilmaisumekanismia lukuun ottamatta käytännön kaasuantureissa käytettävät kaasunilmaisumekanismit ovat varsin monimutkaisia.Esimerkiksi kaasuanturin todellisen käytön on täytettävä useita vaatimuksia (kuten herkkyys, selektiivisyys ja vakaus) riippuen käyttäjän tarpeista.Nämä vaatimukset liittyvät läheisesti herkän materiaalin fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin.Esimerkiksi Xu et al.71 osoittivat, että SnO2-pohjaiset anturit saavuttavat suurimman herkkyyden, kun kiteen halkaisija (d) on yhtä suuri tai pienempi kuin kaksi kertaa SnO271:n Debyen pituus (λD).Kun d ≤ 2λD, SnO2 on täysin tyhjentynyt O2-molekyylien adsorption jälkeen, ja anturin vaste pelkistävään kaasuun on maksimaalinen.Lisäksi monet muut parametrit voivat vaikuttaa anturin suorituskykyyn, mukaan lukien käyttölämpötila, kidevirheet ja jopa anturimateriaalin paljaat kidetasot.Erityisesti käyttölämpötilan vaikutus selittyy mahdollisella kilpailulla kohdekaasun adsorption ja desorption välillä sekä pintareaktiivisuudella adsorboituneiden kaasumolekyylien ja happihiukkasten välillä4,82.Kidevikojen vaikutus liittyy vahvasti happivaansioiden määrään [83, 84].Anturin toimintaan voi vaikuttaa myös avoimien kidepintojen erilainen reaktiivisuus67,85,86,87.Avoimet kidetasot, joilla on pienempi tiheys, paljastavat enemmän koordinoimattomia metallikationeja, joilla on suurempi energia, mikä edistää pintaadsorptiota ja reaktiivisuutta88.Taulukossa 1 on lueteltu useita keskeisiä tekijöitä ja niihin liittyviä parannettuja havaintomekanismeja.Siksi näitä materiaaliparametreja säätämällä voidaan parantaa ilmaisukykyä, ja on kriittistä määrittää tärkeimmät anturin suorituskykyyn vaikuttavat tekijät.
Yamazoe89 ja Shimanoe et al.68,71 suorittivat useita tutkimuksia sensorin havaitsemisen teoreettisesta mekanismista ja ehdottivat kolmea riippumatonta avaintekijää, jotka vaikuttavat anturin suorituskykyyn, erityisesti reseptorin toimintaan, anturin toimintaan ja käyttökelpoisuuteen (kuva 1b)..Reseptoritoiminto viittaa MOS-pinnan kykyyn olla vuorovaikutuksessa kaasumolekyylien kanssa.Tämä toiminto liittyy läheisesti MOS:n kemiallisiin ominaisuuksiin, ja sitä voidaan merkittävästi parantaa lisäämällä vieraita vastaanottajia (esimerkiksi metalli-NP:itä ja muita MOS-yhdisteitä).Muunnintoiminto viittaa kykyyn muuntaa kaasun ja MOS-pinnan välinen reaktio sähköiseksi signaaliksi, jota hallitsevat MOS:n raeraajat.Siten MOC-partikkelikoko ja vieraiden reseptorien tiheys vaikuttavat merkittävästi sensoriseen toimintaan.Katoch et al.90 raportoivat, että ZnO-SnO2-nanofibrillien raekoon pieneneminen johti lukuisten heteroliitoskohtien muodostumiseen ja anturin herkkyyden lisääntymiseen, mikä on johdonmukaista anturin toiminnallisuuden kanssa.Wang et al.91 vertailivat Zn2GeO4:n eri raekokoja ja osoittivat 6,5-kertaisen lisäyksen anturin herkkyydessä raerajojen käyttöönoton jälkeen.Utility on toinen keskeinen anturin suorituskykytekijä, joka kuvaa kaasun saatavuutta sisäiseen MOS-rakenteeseen.Jos kaasumolekyylit eivät pääse tunkeutumaan sisäiseen MOS:ään ja reagoimaan sen kanssa, anturin herkkyys heikkenee.Hyödyllisyys liittyy läheisesti tietyn kaasun diffuusiosyvyyteen, joka riippuu anturimateriaalin huokoskoosta.Sakai et ai.92 mallinsi anturin herkkyyttä savukaasuille ja havaitsi, että sekä kaasun molekyylipaino että anturikalvon huokossäde vaikuttavat anturin herkkyyteen eri kaasudiffuusiosyvyyksillä anturikalvossa.Yllä oleva keskustelu osoittaa, että korkean suorituskyvyn kaasuantureita voidaan kehittää tasapainottamalla ja optimoimalla reseptoritoimintoa, anturin toimintaa ja hyödyllisyyttä.
Yllä oleva työ selventää yksittäisen MOS:n perushavaintomekanismia ja käsittelee useita tekijöitä, jotka vaikuttavat MOS:n suorituskykyyn.Näiden tekijöiden lisäksi heterorakenteisiin perustuvat kaasuanturit voivat edelleen parantaa anturin suorituskykyä parantamalla merkittävästi anturi- ja reseptoritoimintoja.Lisäksi heteronanorakenteet voivat edelleen parantaa anturin suorituskykyä tehostamalla katalyyttisiä reaktioita, säätelemällä varauksen siirtoa ja luomalla lisää adsorptiokohtia.Tähän mennessä on tutkittu monia MOS-heteronanorakenteisiin perustuvia kaasuantureita, jotta voidaan keskustella tehostetun havainnoinnin mekanismeista95,96,97.Miller et ai.55 tiivisti useita mekanismeja, jotka todennäköisesti parantavat heteronanorakenteiden herkkyyttä, mukaan lukien pinnasta riippuvainen, rajapinnasta riippuvainen ja rakenteesta riippuvainen.Niistä rajapinnasta riippuvainen vahvistusmekanismi on liian monimutkainen kattamaan kaikki rajapintavuorovaikutukset yhdessä teoriassa, koska erilaisia heteronanorakenteisiin materiaaleihin perustuvia antureita (esim. nn-heteroliitos, pn-heteroliitos, pp-heteroliitos jne.) voidaan käyttää. .Schottky-solmu).Tyypillisesti MOS-pohjaiset heteronanorakenteiset anturit sisältävät aina kaksi tai useampia kehittyneitä anturimekanismeja98,99,100.Näiden vahvistusmekanismien synergistinen vaikutus voi parantaa anturisignaalien vastaanottoa ja käsittelyä.Siten heterogeenisiin nanorakenteisiin materiaaleihin perustuvien antureiden havaintomekanismin ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, jotta tutkijat voivat kehittää alhaalta ylöspäin suuntautuvia kaasuantureita tarpeidensa mukaan.Lisäksi laitteen geometrinen rakenne voi myös merkittävästi vaikuttaa anturin 74, 75, 76 herkkyyteen. Anturin käyttäytymisen systemaattista analysointia varten esitellään kolmen laiterakenteen tunnistusmekanismit, jotka perustuvat erilaisiin heteronanorakenteisiin materiaaleihin. ja käsitellään alla.
MOS-pohjaisten kaasuanturien nopean kehityksen myötä on ehdotettu erilaisia hetero-nanorakenteisia MOS-järjestelmiä.Varauksen siirtyminen heterorajapinnalla riippuu komponenttien eri Fermi-tasoista (Ef).Heterorajapinnalla elektronit liikkuvat yhdeltä puolelta suuremmalla Ef:llä toiselle puolelle pienemmällä Ef:llä, kunnes niiden Fermi-tasot saavuttavat tasapainon ja aukot, päinvastoin.Sitten heterorajapinnan kantajat tyhjenevät ja muodostavat tyhjennetyn kerroksen.Kun anturi altistetaan kohdekaasulle, heteronanorakenteinen MOS-kantoaaltopitoisuus muuttuu, samoin kuin esteen korkeus, mikä parantaa tunnistussignaalia.Lisäksi erilaiset menetelmät heteronanorakenteiden valmistamiseksi johtavat erilaisiin suhteisiin materiaalien ja elektrodien välillä, mikä johtaa erilaisiin laitegeometrioihin ja erilaisiin tunnistusmekanismeihin.Tässä katsauksessa ehdotamme kolmea geometristä laiterakennetta ja keskustelemme kunkin rakenteen tunnistusmekanismista.
Vaikka heteroliitoksilla on erittäin tärkeä rooli kaasuntunnistuksen suorituskyvyssä, koko anturin laitegeometria voi myös merkittävästi vaikuttaa havainnointikäyttäytymiseen, koska anturin johtumiskanavan sijainti riippuu suuresti laitteen geometriasta.Tässä käsitellään heteroliitos-MOS-laitteiden kolmea tyypillistä geometriaa, kuten kuvassa 2. Ensimmäisessä tyypissä kaksi MOS-liitäntää on jaettu satunnaisesti kahden elektrodin välillä, ja johtavan kanavan sijainnin määrittää pää-MOS, toinen on heterogeenisten nanorakenteiden muodostuminen eri MOS:ista, kun taas vain yksi MOS on kytketty elektrodiin.elektrodi on kytketty, niin johtava kanava sijaitsee yleensä MOS:n sisällä ja on kytketty suoraan elektrodiin.Kolmannessa tyypissä kaksi materiaalia on kiinnitetty kahteen elektrodiin erikseen ohjaten laitetta näiden kahden materiaalin välille muodostuneen heteroliitoksen läpi.
Yhdisteiden välissä oleva yhdysviiva (esim. "SnO2-NiO") osoittaa, että nämä kaksi komponenttia on yksinkertaisesti sekoitettu (tyyppi I)."@"-merkki kahden liitännän välissä (esim. "SnO2@NiO") osoittaa, että telinemateriaali (NiO) on koristeltu SnO2:lla tyypin II anturirakenteessa.Vinoviiva (esim. "NiO/SnO2") osoittaa tyypin III anturin mallin.
MOS-komposiitteihin perustuvissa kaasuantureissa kaksi MOS-elementtiä on jaettu satunnaisesti elektrodien kesken.MOS-komposiittien valmistamiseksi on kehitetty lukuisia valmistusmenetelmiä, mukaan lukien sooli-geeli-, yhteissaostus-, hydrotermiset, sähkökehräys- ja mekaaniset sekoitusmenetelmät98,102,103,104.Viime aikoina metalli-orgaanisia kehyksiä (MOF), huokoisten kiteisten rakenteellisten materiaalien luokkaa, joka koostuu metallikeskuksista ja orgaanisista linkkereistä, on käytetty malleina huokoisten MOS-komposiittien valmistuksessa105,106,107,108.On syytä huomata, että vaikka MOS-komposiittien prosenttiosuus on sama, herkkyysominaisuudet voivat vaihdella suuresti eri valmistusprosesseja käytettäessä.109 110 Esimerkiksi Gao ym.109 valmistivat kaksi MoO3±SnO2-komposiitteihin perustuvaa anturia, joilla on sama atomisuhde. (Mo:Sn = 1:1,9) ja havaitsivat, että erilaiset valmistusmenetelmät johtavat erilaisiin herkkyyksiin.Shaposhnik et ai.110 raportoi, että yhteissaostetun SnO2-TiO2:n reaktio kaasumaiseen H2:een erosi mekaanisesti sekoitettujen materiaalien reaktiosta jopa samalla Sn/Ti-suhteella.Tämä ero johtuu siitä, että MOP:n ja MOP:n kristalliittikoon välinen suhde vaihtelee eri synteesimenetelmissä109,110.Kun raekoko ja muoto ovat yhdenmukaisia luovuttajan tiheyden ja puolijohteen tyypin suhteen, vasteen tulisi pysyä samana, jos koskettimen geometria ei muutu 110 .Staerz et ai.111 raportoi, että SnO2-Cr2O3 core-sheath (CSN) nanokuitujen ja jauhettujen SnO2-Cr2O3 CSN:ien havaitsemisominaisuudet olivat lähes identtiset, mikä viittaa siihen, että nanokuitujen morfologia ei tarjoa mitään etua.
Eri valmistusmenetelmien lisäksi kahden eri MOSFETin puolijohdetyypit vaikuttavat myös anturin herkkyyteen.Se voidaan jakaa edelleen kahteen luokkaan sen mukaan, ovatko nämä kaksi MOSFETiä samaa puolijohdetyyppiä (nn- tai pp-liitos) vai erityyppisiä (pn-liitos).Kun kaasuanturit perustuvat samantyyppisiin MOS-komposiitteihin, niin kahden MOS:n moolisuhdetta muuttamalla herkkyysvastekäyrä pysyy ennallaan ja anturin herkkyys vaihtelee riippuen nn- tai pp-heteroliitosten lukumäärästä.Kun komposiitissa vallitsee yksi komponentti (esim. 0,9 ZnO-0,1 SnO2 tai 0,1 ZnO-0,9 SnO2), johtavuuskanavan määrää hallitseva MOS, jota kutsutaan homoliitosjohtokanavaksi 92 .Kun näiden kahden komponentin suhteet ovat vertailukelpoisia, oletetaan, että johtokanavaa hallitsee heteroliitos98,102.Yamazoe et ai.112 113 raportoi, että kahden komponentin heterokontaktialue voi parantaa huomattavasti anturin herkkyyttä, koska komponenttien erilaisista toimintatoiminnoista johtuen muodostuva heteroliitoseste voi tehokkaasti ohjata elektroneille alttiina olevan anturin drift-liikkuvuutta.Erilaiset ympäristön kaasut 112 113.KuvassaKuva 3a osoittaa, että SnO2-ZnO-kuituhierarkkisiin rakenteisiin perustuvat anturit, joilla on eri ZnO-pitoisuudet (0 - 10 mol % Zn), voivat havaita selektiivisesti etanolia.Niistä SnO2-ZnO-kuituihin (7 mol-% Zn) perustuva anturi osoitti suurimman herkkyyden johtuen suuren määrän heteroliitoksia muodostumisesta ja ominaispinta-alan kasvusta, mikä lisäsi muuntimen toimintaa ja paransi herkkyys 90 Kuitenkin ZnO-pitoisuuden noustessa edelleen 10 mooliprosenttiin mikrorakenteen SnO2-ZnO-komposiitti voi peittää pinnan aktivaatioalueita ja vähentää anturin herkkyyttä85.Samanlainen suuntaus havaitaan myös antureilla, jotka perustuvat NiO-NiFe2O4 pp heteroliitoskomposiitteihin, joilla on erilaiset Fe/Ni-suhteet (kuva 3b)114.
SEM-kuvia SnO2-ZnO-kuiduista (7 mol-% Zn) ja anturin vaste erilaisille kaasuille, joiden pitoisuus on 100 ppm 260 °C:ssa;54b Puhtaan NiO- ja NiO-NiFe2O4-komposiitteihin perustuvien antureiden vasteet 50 ppm:llä eri kaasuja, 260 °C;114 (c) Kaaviokaavio xSnO2-(1-x)Co3O4-koostumuksen solmujen lukumäärästä ja vastaavista xSnO2-(1-x)Co3O4-koostumuksen resistanssi- ja herkkyysreaktioista per 10 ppm CO, asetoni, C6H6 ja SO2 kaasu 350 °C:ssa muuttamalla Sn/Co 98 -moolisuhdetta
Pn-MOS-komposiiteilla on erilainen herkkyyskäyttäytyminen riippuen MOS115:n atomisuhteesta.Yleensä MOS-komposiittien sensorinen käyttäytyminen riippuu suuresti siitä, mikä MOS toimii anturin ensisijaisena johtamiskanavana.Siksi on erittäin tärkeää karakterisoida komposiittien prosenttikoostumus ja nanorakenne.Kim et al.98 vahvistivat tämän johtopäätöksen syntetisoimalla sarjan xSnO2 ± (1-x)Co3O4-komposiittinanokuituja sähkökehräyksellä ja tutkimalla niiden anturiominaisuuksia.He havaitsivat, että SnO2-Co3O4-komposiittisensorin käyttäytyminen muuttui n-tyypistä p-tyyppiin vähentämällä SnO2:n prosenttiosuutta (kuva 3c)98.Lisäksi heteroliitosdominoivat anturit (perustuvat 0,5 SnO2-0,5 Co3O4:ään) osoittivat korkeimmat C6H6:n lähetysnopeudet verrattuna homoliitokseen hallitseviin antureisiin (esim. korkeat SnO2- tai Co3O4-anturit).0,5 SnO2-0,5 Co3O4 -pohjaisen anturin luontainen korkea resistanssi ja sen suurempi kyky moduloida anturin kokonaisresistanssia edistävät sen suurinta herkkyyttä C6H6:lle.Lisäksi SnO2-Co3O4-heterorajapinnasta peräisin olevat hilan epäsopivuusvirheet voivat luoda edullisia adsorptiokohtia kaasumolekyyleille, mikä parantaa anturin vastetta109,116.
Puolijohdetyyppisen MOS:n lisäksi MOS-komposiittien kosketuskäyttäytymistä voidaan mukauttaa myös MOS-117:n kemian avulla.Huo ym.117 käyttivät yksinkertaista liotus-paistamismenetelmää Co3O4-SnO2-komposiittien valmistukseen ja havaitsivat, että Co/Sn-moolisuhteella 10 % anturi osoitti p-tyypin tunnistusvastetta H2:lle ja n-tyypin herkkyyttä H2.vastaus.Anturin vasteet CO-, H2S- ja NH3-kaasuille on esitetty kuvassa 4a117.Alhaisilla Co/Sn-suhteilla monet homoliitokset muodostuvat SnO2±SnO2-nanoraerajoilla ja osoittavat n-tyypin anturivasteita H2:lle (kuvat 4b, c)115.Co/Sn-suhteen kasvaessa 10 mol:iin asti.%, SnO2-SnO2-homoliitosten sijaan muodostui useita Co3O4-SnO2-heteroliitoksia samanaikaisesti (kuva 4d).Koska Co3O4 on inaktiivinen H2:n suhteen ja SnO2 reagoi voimakkaasti H2:n kanssa, H2:n reaktio ionisten happilajien kanssa tapahtuu pääasiassa SnO2117:n pinnalla.Siksi elektronit siirtyvät SnO2:een ja Ef SnO2 siirtyy johtavuuskaistalle, kun taas Ef Co3O4 pysyy muuttumattomana.Tämän seurauksena anturin vastus kasvaa, mikä osoittaa, että materiaalit, joilla on korkea Co/Sn-suhde, osoittavat p-tyypin tunnistuskäyttäytymistä (kuva 4e).Sitä vastoin CO-, H2S- ja NH3-kaasut reagoivat ionisten happilajien kanssa SnO2- ja Co3O4-pinnoilla, ja elektronit siirtyvät kaasusta anturiin, mikä johtaa esteen korkeuden ja n-tyypin herkkyyden laskuun (kuva 4f)..Tämä anturin erilainen käyttäytyminen johtuu Co3O4:n erilaisesta reaktiivisuudesta eri kaasujen kanssa, minkä lisäksi vahvistivat Yin et al.118 .Samoin Katoch et ai.119 osoitti, että SnO2-ZnO-komposiiteilla on hyvä selektiivisyys ja korkea herkkyys H2:lle.Tämä käyttäytyminen johtuu siitä, että H-atomit voivat adsorboitua helposti ZnO:n O-asemiin johtuen vahvasta hybridisaatiosta H:n s-orbitaalin ja O:n p-orbitaalin välillä, mikä johtaa ZnO120,121:n metalloitumiseen.
a Co/Sn-10 % dynaamiset vastuskäyrät tyypillisille pelkistyskaasuille, kuten H2, CO, NH3 ja H2S, b, c Co3O4/SnO2-yhdistelmäanturimekanismin kaavio H2:lle alhaisella % m.Co/Sn, df Co3O4 H2:n ja CO:n, H2S:n ja NH3:n havaitsemismekanismi korkealla Co/Sn/SnO2-komposiitilla
Siksi voimme parantaa I-tyypin anturin herkkyyttä valitsemalla sopivat valmistusmenetelmät, vähentämällä komposiittien raekokoa ja optimoimalla MOS-komposiittien moolisuhdetta.Lisäksi herkän materiaalin kemian syvä ymmärtäminen voi entisestään parantaa anturin selektiivisyyttä.
Tyypin II anturirakenteet ovat toinen suosittu anturirakenne, joka voi käyttää erilaisia heterogeenisiä nanorakenteisia materiaaleja, mukaan lukien yksi "master" nanomateriaali ja toinen tai jopa kolmas nanomateriaali.Esimerkiksi yksi- tai kaksiulotteisia materiaaleja, jotka on koristeltu nanohiukkasilla, ydin-kuorella (CS) ja monikerroksisilla heteronanorakenteisilla materiaaleilla, käytetään yleisesti tyypin II anturirakenteissa, ja niitä käsitellään yksityiskohtaisesti jäljempänä.
Ensimmäiselle heteronanorakennemateriaalille (koristeltu heteronanorakenne), kuten kuvassa 2b(1) esitetään, anturin johtavat kanavat on yhdistetty perusmateriaalilla.Heteroliitosten muodostumisen vuoksi modifioidut nanohiukkaset voivat tarjota reaktiivisempia kohtia kaasun adsorptiolle tai desorptiolle, ja ne voivat myös toimia katalyytteinä parantaakseen tunnistuskykyä109,122,123,124.Yuan et al.41 huomauttivat, että WO3-nanolankojen koristeleminen CeO2-nanopisteillä voi tarjota lisää adsorptiokohtia CeO2@WO3-heterorajapinnalle ja CeO2-pinnalle ja tuottaa enemmän kemisorboituja happilajeja asetonin kanssa tapahtuvaa reaktiota varten.Gunawan et ai.125. Yksiulotteiseen Au@α-Fe2O3:een perustuvaa erittäin herkkää asetonianturia on ehdotettu, ja on havaittu, että anturin herkkyyttä ohjataan aktivoimalla O2-molekyylejä happilähteenä.Au NP:iden läsnäolo voi toimia katalyyttinä, joka edistää happimolekyylien dissosiaatiota hilahapeksi asetonin hapettamiseksi.Samanlaisia tuloksia saivat Choi et ai.9, jossa Pt-katalyyttiä käytettiin adsorboituneiden happimolekyylien hajottamiseksi ionisoituneiksi happilajeiksi ja herkän vasteen tehostamiseen asetonille.Vuonna 2017 sama tutkimusryhmä osoitti, että bimetalliset nanopartikkelit ovat paljon tehokkaampia katalyysissä kuin yksittäiset jalometallinanohiukkaset, kuten kuvassa 5126. 5a on kaavio platinapohjaisten bimetallisten (PtM) NP:iden valmistusprosessista, jossa käytetään apoferritiinikennoja. keskimääräinen koko on alle 3 nm.Sitten sähkökehräysmenetelmällä saatiin PtM@WO3 nanokuituja lisäämään herkkyyttä ja selektiivisyyttä asetonille tai H2S:lle (kuvat 5b-g).Viime aikoina yhden atomin katalyytit (SAC:t) ovat osoittaneet erinomaista katalyyttistä suorituskykyä katalyysin ja kaasuanalyysin alalla atomien ja viritettyjen elektronisten rakenteiden käytön maksimaalisen tehokkuuden ansiosta127,128.Shin et ai.129 käytti Pt-SA-ankkuroitua hiilinitridiä (MCN), SnCl2- ja PVP-nanolevyjä kemiallisina lähteinä valmistaakseen Pt@MCN@SnO2-inline-kuituja kaasun havaitsemista varten.Huolimatta erittäin alhaisesta Pt@MCN-pitoisuudesta (0,13 paino-%:sta 0,68 painoprosenttiin), kaasumaisen formaldehydin Pt@MCN@SnO2 havaitsemiskyky on parempi kuin muiden vertailunäytteiden (puhdas SnO2, MCN@SnO2 ja Pt NPs@) SnO2)..Tämä erinomainen havaitsemissuorituskyky johtuu Pt SA -katalyytin maksimaalisesta atomitehokkuudesta ja SnO2129-aktiivisten kohtien vähimmäiskattavuudesta.
Apoferritiinilla ladattu kapselointimenetelmä PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) nanopartikkelien saamiseksi;bd koskemattomien W03-, PtPd@WO3-, PtRn@WO3- ja Pt-NiO@WO3-nanokuitujen dynaamiset kaasuherkät ominaisuudet;perustuu esimerkiksi PtPd@WO3-, PtRn@WO3- ja Pt-NiO@WO3-nanokuituanturien selektiivisyysominaisuuksiin 1 ppm:ään häiritsevää kaasua 126
Lisäksi telinemateriaalien ja nanohiukkasten välille muodostuneet heteroliitokset voivat myös tehokkaasti moduloida johtavuuskanavia säteittäisen modulaatiomekanismin avulla parantaakseen anturin suorituskykyä130,131,132.KuvassaKuvassa 6a on esitetty puhtaiden SnO2- ja Cr2O3@SnO2-nanojohtimien anturiominaisuudet pelkistäviä ja hapettavia kaasuja varten ja vastaavat anturimekanismit131.Verrattuna puhtaisiin SnO2-nanolankoihin, Cr2O3@SnO2-nanolankojen vaste pelkistäviin kaasuihin on huomattavasti parempi, kun taas vaste hapettaviin kaasuihin on huonompi.Nämä ilmiöt liittyvät läheisesti SnO2-nanolankojen johtavuuskanavien paikalliseen hidastumiseen muodostuneen pn-heteroliitoksen säteen suunnassa.Anturin resistanssi voidaan yksinkertaisesti säätää muuttamalla EDL-leveyttä puhtaiden SnO2-nanolankojen pinnalla pelkistävälle ja hapettavalle kaasulle altistumisen jälkeen.Kuitenkin Cr2O3@SnO2-nanolankojen tapauksessa SnO2-nanolankojen alkuperäinen DEL ilmassa kasvaa verrattuna puhtaisiin SnO2-nanolankoihin, ja johtavuuskanava vaimenee heteroliitoksen muodostumisen vuoksi.Siksi, kun anturi altistetaan pelkistävälle kaasulle, loukkuun jääneet elektronit vapautuvat SnO2-nanojohtimiin ja EDL vähenee huomattavasti, mikä johtaa korkeampaan herkkyyteen kuin puhtaat SnO2-nanolangat.Sitä vastoin hapettavaan kaasuun vaihdettaessa DEL-laajeneminen on rajoitettua, mikä johtaa alhaiseen herkkyyteen.Choi et al., 133 havaitsivat samanlaisia sensorisia vastetuloksia, joissa p-tyypin WO3-nanohiukkasilla koristellut SnO2-nanolangat osoittivat merkittävästi parantunutta sensorista vastetta pelkistäviä kaasuja kohtaan, kun taas n-koristetuilla SnO2-antureilla oli parantunut herkkyys hapettaville kaasuille.TiO2-nanohiukkaset (Kuva 6b) 133. Tämä tulos johtuu pääasiassa SnO2- ja MOS-nanohiukkasten (TiO2 tai WO3) erilaisista työtehtävistä.P-tyypin (n-tyypin) nanopartikkeleissa runkomateriaalin (SnO2) johtavuuskanava laajenee (tai supistuu) säteen suunnassa ja sitten pelkistyksen (tai hapettumisen) vaikutuksesta laajenee (tai lyhenee) edelleen kaasun SnO2:n johtamiskanavasta – ripa ) (kuva 6b).
Modifioidun LF MOS:n indusoima radiaalinen modulaatiomekanismi.a Yhteenveto kaasuvasteista 10 ppm:n pelkistys- ja hapetuskaasuille, jotka perustuvat puhtaisiin SnO2- ja Cr2O3@SnO2-nanolankoihin ja vastaavat tunnistusmekanismin kaaviot;ja vastaavat WO3@SnO2-nanosauvojen ja ilmaisumekanismin kaaviot133
Kaksi- ja monikerroksisissa heterorakennelaitteissa laitteen johtavuuskanavaa hallitsee kerros (yleensä pohjakerros), joka on suorassa kosketuksessa elektrodien kanssa, ja kahden kerroksen rajapinnalle muodostuva heteroliitos voi ohjata alakerroksen johtavuutta. .Siksi kaasujen vuorovaikutuksessa yläkerroksen kanssa ne voivat vaikuttaa merkittävästi alakerroksen johtavuuskanaviin ja laitteen vastukseen 134.Esimerkiksi Kumar et ai.77 raportoi TiO2@NiO- ja NiO@TiO2-kaksoiskerrosten päinvastaisesta käyttäytymisestä NH3:lle.Tämä ero johtuu siitä, että kahden anturin johtavuuskanavat hallitsevat eri materiaalikerroksissa (vastaavasti NiO ja TiO2), ja sitten vaihtelut taustalla olevissa johtavuuskanavissa ovat erilaisia77.
Kaksi- tai monikerroksisia heteronanorakenteita tuotetaan yleensä sputteroimalla, atomikerrospinnoituksella (ALD) ja sentrifugoimalla56,70,134,135,136.Kalvon paksuutta ja näiden kahden materiaalin kosketuspinta-alaa voidaan hallita hyvin.Kuviot 7a ja b esittävät NiO@SnO2- ja Ga2O3@WO3-nanofilmejä, jotka on saatu sputteroimalla etanolin havaitsemiseen135,137.Nämä menetelmät kuitenkin yleensä tuottavat litteitä kalvoja, ja nämä litteät kalvot ovat vähemmän herkkiä kuin 3D-nanorakenteiset materiaalit alhaisen ominaispinta-alan ja kaasunläpäisevyyden vuoksi.Siksi nestefaasistrategiaa kaksikerroksisten kalvojen valmistamiseksi, joilla on eri hierarkiat, on myös ehdotettu parantamaan havaintokykyä lisäämällä ominaispinta-alaa 41, 52, 138.Zhu et al139 yhdistivät sputterointi- ja hydrotermistekniikat tuottaakseen erittäin järjestyviä ZnO-nanolankoja SnO2-nanolankojen päälle (ZnO@SnO2-nanolangat) H2S-ilmaisua varten (kuva 7c).Sen vaste 1 ppm H2S:ään on 1,6 kertaa suurempi kuin sputteroituihin ZnO@SnO2-nanofilmeihin perustuvan anturin.Liu et ai.52 raportoi korkean suorituskyvyn H2S-anturin, joka käytti kaksivaiheista in situ -kemiallista kerrostumismenetelmää hierarkkisten SnO2@NiO-nanorakenteiden valmistamiseksi, mitä seurasi lämpöhehkutus (kuva 10d).Verrattuna perinteisiin sputteroituihin SnO2@NiO-kaksoiskerroskalvoihin, SnO2@NiO-hierarkkisen kaksikerroksisen rakenteen herkkyyskyky paranee merkittävästi ominaispinta-alan kasvun ansiosta.
MOS-pohjainen kaksikerroksinen kaasuanturi.NiO@SnO2-nanofilmi etanolin havaitsemiseen;137b Ga2O3@WO3-nanofilmi etanolin havaitsemiseen;135c erittäin järjestetty SnO2@ZnO kaksikerroksinen hierarkkinen rakenne H2S-ilmaisua varten;139d SnO2@NiO kaksikerroksinen hierarkkinen rakenne H2S52:n havaitsemiseksi.
Tyypin II laitteissa, jotka perustuvat ydin-kuoren heteronanorakenteisiin (CSHN), tunnistusmekanismi on monimutkaisempi, koska johtavuuskanavat eivät rajoitu sisäkuoreen.Sekä valmistusreitti että pakkauksen paksuus (hs) voivat määrittää johtavien kanavien sijainnin.Esimerkiksi alhaalta ylös -synteesimenetelmiä käytettäessä johtavuuskanavat rajoittuvat yleensä sisäytimeen, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin kaksi- tai monikerroksiset laiterakenteet (Kuva 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et ai.144 raportoi alhaalta ylös -lähestymistavan CSHN:n NiO@a-Fe2O3 ja CuO@a-Fe2O3 saamiseksi kerrostamalla NiO- tai CuO NP-kerros α-Fe2O3-nanosauvojen päälle, joissa johtavuuskanavaa rajoitti keskiosa.(nanorodit α-Fe2O3).Liu et ai.142 onnistui myös rajoittamaan johtavuuskanavan CSHN TiO2 @ Si:n pääosaan kerrostamalla TiO2:ta valmistettuihin piinanolankaryhmiin.Siksi sen tunnistuskäyttäytyminen (p-tyyppi tai n-tyyppi) riippuu vain piinanolangan puolijohdetyypistä.
Useimmat raportoidut CSHN-pohjaiset anturit (kuva 2b (4)) valmistettiin kuitenkin siirtämällä syntetisoidun CS-materiaalin jauheita siruille.Tässä tapauksessa anturin johtavuusrataan vaikuttaa kotelon paksuus (hs).Kimin ryhmä tutki hs:n vaikutusta kaasunilmaisukykyyn ja ehdotti mahdollista havaitsemismekanismia100,112,145,146,147,148. Tämän rakenteen tunnistusmekanismiin uskotaan vaikuttavan kahden tekijän: (1) kuoren EDL:n säteittäinen modulaatio ja (2) sähkökentän tahrausvaikutus (kuva 8) 145. Tutkijat mainitsivat, että johtumiskanava kantajista rajoittuu enimmäkseen kuorikerrokseen, kun kuorikerroksen hs > λD145. Tämän rakenteen tunnistusmekanismiin uskotaan vaikuttavan kahden tekijän: (1) kuoren EDL:n säteittäinen modulaatio ja (2) sähkökentän tahrausvaikutus (kuva 8) 145. Tutkijat mainitsivat, että johtumiskanava kantajista rajoittuu enimmäkseen kuorikerrokseen, kun kuorikerroksen hs > λD145. 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. Tämän rakenteen havaitsemismekanismissa uskotaan olevan kaksi tekijää: (1) kuoren EDL:n säteittäinen modulaatio ja (2) sähkökentän hämärtymisvaikutus (kuva 8) 145. Tutkijat panivat merkille, että kantoaallon johtavuuskanava rajoittuu pääasiassa kuoreen, kun hs > λD kuoret145.Uskotaan, että kaksi tekijää vaikuttavat tämän rakenteen havaitsemismekanismiin: (1) kuoren DEL:n säteittäinen modulaatio ja (2) sähkökentän leviämisen vaikutus (kuva 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倂 > λD145 时，载流子的数量主要局限于壳层. Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителей. Tutkijat totesivat, että johtavuuskanava Kun kuoren hs > λD145, kantajien määrää rajoittaa pääasiassa kuori.Siksi CSHN-pohjaisessa anturin resistiivisessä modulaatiossa vallitsee suojakuoren DEL säteittäinen modulaatio (kuva 8a).Kuitenkin, kun kuoren hs ≤ λD, kuoren adsorboimat happihiukkaset ja CS-heteroliitokseen muodostunut heteroliitos ovat täysin tyhjentyneet elektroneista. Siksi johtavuuskanava ei sijaitse vain kuorikerroksen sisällä, vaan myös osittain ydinosassa, varsinkin kun kuorikerroksen hs < λD. Siksi johtavuuskanava ei sijaitse vain kuorikerroksen sisällä, vaan myös osittain ydinosassa, varsinkin kun kuorikerroksen hs < λD. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, но и частично hn. Siksi johtavuuskanava ei sijaitse vain kuorikerroksen sisällä, vaan myös osittain ydinosassa, erityisesti vaippakerroksen hs < λD.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s层皀部，尤其是当壳s层皀 hs < λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но и частично в сердцевине, осоприбенно. Siksi johtumiskanava ei sijaitse vain kuoren sisällä, vaan myös osittain ytimessä, erityisesti vaipan hs < λD.Tässä tapauksessa sekä täysin tyhjentynyt elektronikuori että osittain tyhjentynyt ydinkerros auttavat moduloimaan koko CSHN:n resistanssia, mikä johtaa sähkökentän hännän vaikutukseen (kuvio 8b).Joissakin muissa tutkimuksissa on käytetty EDL-tilavuusosuuden käsitettä sähkökentän hännän sijaan hs-vaikutuksen100,148 analysoinnissa.Kun nämä kaksi vaikutusta otetaan huomioon, CSHN-resistanssin kokonaismodulaatio saavuttaa suurimman arvonsa, kun hs on verrattavissa vaippaan λD, kuten kuvassa 8c esitetään.Siksi CSHN:n optimaalinen hs voi olla lähellä kuorta λD, mikä on yhdenmukainen kokeellisten havaintojen kanssa 99, 144, 145, 146, 149.Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että hs voi vaikuttaa myös CSHN-pohjaisten pn-heteroliitosantureiden herkkyyteen40,148.Li et ai.148 ja Bai et ai.40 tutki systemaattisesti hs:n vaikutusta pn-heteroliitoksen CSHN-anturien, kuten TiO2@CuO ja ZnO@NiO, suorituskykyyn muuttamalla suojakuoren ALD-sykliä.Tämän seurauksena aistikäyttäytyminen muuttui p-tyypistä n-tyyppiin hs40,148:n noustessa.Tämä käyttäytyminen johtuu siitä, että aluksi (rajoitetulla määrällä ALD-syklejä) heterorakenteita voidaan pitää modifioituina heteronanorakenteina.Siten johtavuuskanavaa rajoittaa ydinkerros (p-tyypin MOSFET), ja anturilla on p-tyypin tunnistuskäyttäytyminen.Kun ALD-jaksojen lukumäärä kasvaa, suojakerroksesta (n-tyypin MOSFET) tulee kvasijatkuva ja toimii johtavuuskanavana, mikä johtaa n-tyypin herkkyyteen.Samanlaista sensorista siirtymäkäyttäytymistä on raportoitu pn-haarautuneille heteronanorakenteille150,151.Zhou et ai.150 tutki Zn2SnO4@Mn3O4 haarautuneiden heteronanorakenteiden herkkyyttä säätelemällä Zn2SnO4-pitoisuutta Mn3O4-nanolankojen pinnalla.Kun Mn3O4:n pinnalle muodostui Zn2SnO4-ytimiä, havaittiin p-tyypin herkkyys.Zn2SnO4-pitoisuuden lisääntyessä haaroittuneisiin Zn2SnO4@Mn3O4-heteronanorakenteisiin perustuva anturi siirtyy n-tyypin anturin käyttäytymiseen.
Näytössä on käsitteellinen kuvaus CS-nanolankojen kaksitoimisesta anturimekanismista.a Resistanssimodulaatio elektronien tyhjennettyjen kuorien säteittäismodulaatiosta, b tahrojen negatiivinen vaikutus resistanssimodulaatioon ja c CS-nanolankojen kokonaisresistanssimodulaatio, joka johtuu molempien vaikutusten yhdistelmästä 40
Yhteenvetona voidaan todeta, että tyypin II anturit sisältävät monia erilaisia hierarkkisia nanorakenteita, ja anturin suorituskyky riippuu suuresti johtavien kanavien järjestelystä.Siksi on kriittistä ohjata anturin johtumiskanavan sijaintia ja käyttää sopivaa heteronanostrukturoitua MOS-mallia tyypin II antureiden laajennetun tunnistusmekanismin tutkimiseen.
Tyypin III anturirakenteet eivät ole kovin yleisiä, ja johtavuuskanava perustuu heteroliitokseen, joka muodostuu kahden puolijohteen välille, jotka on kytketty vastaavasti kahteen elektrodiin.Ainutlaatuiset laiterakenteet saadaan yleensä mikrotyöstötekniikoilla ja niiden tunnistusmekanismit eroavat suuresti kahdesta edellisestä anturirakenteesta.Tyypin III anturin IV-käyrällä on tyypillisesti tyypillisiä tasasuuntausominaisuuksia heteroliitoksen muodostumisen vuoksi48,152,153.Ihanteellisen heteroliitoksen I–V ominaiskäyrä voidaan kuvata elektronien emission termionisella mekanismilla heteroliitoksen esteen korkeudella152,154,155.
missä Va on esijännite, A on laitteen pinta-ala, k on Boltzmannin vakio, T on absoluuttinen lämpötila, q on kantoaaltovaraus, Jn ja Jp ovat vastaavasti aukkojen ja elektronien diffuusiovirran tiheydet.IS edustaa käänteistä kyllästysvirtaa, joka määritellään seuraavasti: 152,154,155
Siksi pn-heteroliitoksen kokonaisvirta riippuu varauksenkuljettajien pitoisuuden muutoksesta ja heteroliitoksen esteen korkeuden muutoksesta, kuten yhtälöistä (3) ja (4) esitetään 156
missä nn0 ja pp0 ovat elektronien (aukkojen) pitoisuus n-tyypin (p-tyypin) MOS:ssa, \(V_{bi}^0\) on sisäänrakennettu potentiaali, Dp (Dn) on diffuusiokerroin elektronit (reiät), Ln (Lp ) on elektronien (reikien) diffuusiopituus, ΔEv (ΔEc) on valenssikaistan (johtavuuskaistan) energiasiirtymä heteroliitoksessa.Vaikka virrantiheys on verrannollinen kantoaallon tiheyteen, se on eksponentiaalisesti kääntäen verrannollinen \(V_{bi}^0\).Siksi virrantiheyden kokonaismuutos riippuu voimakkaasti heteroliitoksen esteen korkeuden modulaatiosta.
Kuten edellä mainittiin, heteronanorakenteisten MOSFETien (esimerkiksi tyypin I ja tyypin II laitteiden) luominen voi parantaa merkittävästi anturin suorituskykyä yksittäisten komponenttien sijaan.Ja tyypin III laitteissa heteronanorakenteen vaste voi olla suurempi kuin kaksi komponenttia48 153 tai suurempi kuin yksi komponentti76 materiaalin kemiallisesta koostumuksesta riippuen.Useat raportit ovat osoittaneet, että heteronanorakenteiden vaste on paljon suurempi kuin yksittäisen komponentin, kun yksi komponenteista on epäherkkä kohdekaasulle48, 75, 76, 153.Tässä tapauksessa kohdekaasu on vuorovaikutuksessa vain herkän kerroksen kanssa ja aiheuttaa herkän kerroksen siirtymän Ef ja muutoksen heteroliitossulun korkeudessa.Tällöin laitteen kokonaisvirta muuttuu merkittävästi, koska se on kääntäen verrannollinen heteroliitoksen esteen korkeuteen yhtälön mukaan.(3) ja (4) 48,76,153.Kuitenkin, kun sekä n-tyypin että p-tyypin komponentit ovat herkkiä kohdekaasulle, ilmaisukyky voi olla jossain siltä väliltä.José et al.76 valmistivat huokoisen NiO/SnO2-kalvon NO2-anturin sputteroimalla ja havaitsivat, että anturin herkkyys oli vain korkeampi kuin NiO-pohjaisen anturin, mutta pienempi kuin SnO2-pohjaisen anturin.sensori.Tämä ilmiö johtuu siitä, että SnO2 ja NiO osoittavat päinvastaisia reaktioita NO276:een nähden.Lisäksi, koska kahdella komponentilla on erilainen kaasuherkkyys, niillä voi olla sama taipumus havaita hapettavia ja pelkistäviä kaasuja.Esimerkiksi Kwon et ai.157 ehdotti NiO/SnO2 pn-heteroliitoskaasuanturia vinosputteroinnilla, kuten kuvassa 9a esitetään.Mielenkiintoista on, että NiO/SnO2 pn-heteroliitosanturi osoitti saman herkkyystrendin H2:lle ja NO2:lle (kuva 9a).Tämän tuloksen ratkaisemiseksi Kwon et ai.157 tutki systemaattisesti kuinka NO2 ja H2 muuttavat kantoainepitoisuuksia ja viritti molempien materiaalien \(V_{bi}^0\) IV-ominaisuuksien ja tietokonesimulaatioiden avulla (kuva 9bd).Kuvat 9b ja c osoittavat H2:n ja NO2:n kykyä muuttaa antureiden kantoaaltotiheyttä p-NiO:n (pp0) ja n-Sn02:n (nn0) perusteella, vastaavasti.He osoittivat, että p-tyypin NiO:n pp0 muuttui hieman NO2-ympäristössä, kun taas se muuttui dramaattisesti H2-ympäristössä (kuva 9b).Kuitenkin n-tyypin SnO2:lla nn0 käyttäytyy päinvastoin (kuva 9c).Näiden tulosten perusteella kirjoittajat päättelivät, että kun anturiin lisättiin H2:ta NiO/SnO2 pn-heteroliitoksen perusteella, nn0:n kasvu johti Jn:n kasvuun ja \(V_{bi}^0\) johti vasteen lasku (kuvio 9d).NO2:lle altistumisen jälkeen sekä SnO2:n nn0:n suuri lasku että NiO:n pp0:n pieni nousu johtavat \(V_{bi}^0\) suureen laskuun, mikä varmistaa sensorisen vasteen lisääntymisen (kuva 9d). ) 157 Yhteenvetona voidaan todeta, että muutokset kantoaaltojen pitoisuudessa ja \(V_{bi}^0\) johtavat muutoksiin kokonaisvirrassa, mikä edelleen vaikuttaa havaitsemiskykyyn.
Kaasuanturin tunnistusmekanismi perustuu Type III -laitteen rakenteeseen.Pyyhkäisyelektronimikroskoopin (SEM) poikkileikkauskuvat, p-NiO/n-SnO2-nanokelalaite ja p-NiO/n-SnO2-nanokela-heteroliitosanturin anturin ominaisuudet 200°C:ssa H2:lle ja NO2:lle;b , c-laitteen poikkileikkauksen SEM ja simulointitulokset laitteesta, jossa on p-NiO b-kerros ja n-SnO2 c-kerros.b p-NiO-anturi ja c n-SnO2-anturi mittaavat ja vastaavat I–V-ominaisuuksia kuivassa ilmassa sekä H2- ja NO2-altistuksen jälkeen.Sentaurus TCAD -ohjelmistolla mallinnettiin kaksiulotteinen kartta b-reiän tiheydestä p-NiO:ssa ja c-elektronien kartta n-SnO2-kerroksessa väriasteikolla.d Simulaatiotulokset osoittavat 3D-kartan p-NiO/n-SnO2:sta kuivassa ilmassa, H2:sta ja NO2157:stä ympäristössä.
Itse materiaalin kemiallisten ominaisuuksien lisäksi tyypin III laitteen rakenne osoittaa mahdollisuuden luoda omatehoisia kaasuantureita, mikä ei ole mahdollista tyypin I ja tyypin II laitteilla.Niiden luontaisen sähkökentän (BEF) vuoksi pn-heteroliitosdiodirakenteita käytetään yleisesti aurinkosähkölaitteiden rakentamiseen, ja ne tarjoavat mahdollisuuden valmistaa omatehoisia valosähköisiä kaasuantureita huoneenlämpötilassa valaistuksen alaisena74,158,159,160,161.Materiaalien Fermi-tasojen erosta johtuva BEF heterorajapinnassa edistää myös elektroni-reikäparien eroamista.Omatehoisen aurinkosähkökaasuanturin etuna on sen alhainen virrankulutus, koska se pystyy absorboimaan valaisevan valon energian ja ohjaamaan sitten itseään tai muita miniatyyrilaitteita ilman ulkoista virtalähdettä.Esimerkiksi Tanuma ja Sugiyama162 ovat valmistaneet NiO/ZnO pn-heteroliitoksia aurinkokennoiksi aktivoimaan SnO2-pohjaisia monikiteisiä CO2-antureita.Gad et ai.74 raportoi omatehoisen aurinkosähkökaasuanturin, joka perustuu Si/ZnO@CdS pn-heteroliitokseen, kuten kuvassa 10a esitetään.Pystysuuntaisia ZnO-nanolankoja kasvatettiin suoraan p-tyypin piisubstraateille Si/ZnO pn-heteroliitosten muodostamiseksi.Sitten CdS-nanohiukkasia modifioitiin ZnO-nanolankojen pinnalla kemiallisella pintamodifikaatiolla.KuvassaKuva 10a näyttää off-line Si/ZnO@CdS-anturin vastetulokset O2:lle ja etanolille.Valaistuksessa avoimen piirin jännite (Voc), joka johtuu elektroni-reikäparien erottumisesta BEP:n aikana Si/ZnO-heterorajapinnassa, kasvaa lineaarisesti kytkettyjen diodien lukumäärän kanssa74 161.Voc voidaan esittää yhtälöllä.(5) 156,
missä ND, NA ja Ni ovat luovuttajien, vastaanottajien ja sisäisten kantaja-aineiden pitoisuudet, vastaavasti, ja k, T ja q ovat samat parametrit kuin edellisessä yhtälössä.Altistuessaan hapettaville kaasuille ne erottavat elektroneja ZnO-nanolangoista, mikä johtaa \(N_D^{ZnO}\) ja Voc:n laskuun.Sitä vastoin kaasun vähentäminen johti Voc:n kasvuun (kuvio 10a).Kun ZnO:ta koristellaan CdS-nanohiukkasilla, CdS-nanohiukkasissa olevat fotoviritetyt elektronit injektoidaan ZnO:n johtavuuskaistalle ja ovat vuorovaikutuksessa adsorboituneen kaasun kanssa, mikä lisää havaintotehokkuutta74 160.Hoffmann et al. raportoivat samanlaisen itsekäyttöisen aurinkosähkökaasuanturin, joka perustuu Si/ZnO:han.160, 161 (kuvio 10b).Tämä anturi voidaan valmistaa käyttämällä sarjaa amiinifunktionalisoituja ZnO-nanohiukkasia ([3-(2-aminoetyyliamino)propyyli]trimetoksisilaani) (aminofunktionalisoitu-SAM) ja tiolia ((3-merkaptopropyyli)funktionalisoitu) työtoiminnon säätämiseksi. kohdekaasu NO2:n (trimetoksisilaani) selektiiviseen havaitsemiseen (tiolifunktionalisoitu-SAM)) (kuva 10b) 74,161.
Itsekäyttöinen valosähköinen kaasuanturi, joka perustuu tyypin III laitteen rakenteeseen.itsekäyttöinen aurinkosähkökaasuanturi, joka perustuu Si/ZnO@CdS:ään, omatehoinen anturimekanismi ja anturin vaste hapettuneille (O2) ja pelkistetyille (1000 ppm etanoli) kaasuille auringonvalossa;74b Itsekäyttöinen aurinkosähkökaasuanturi, joka perustuu Si ZnO/ZnO-antureihin ja anturin vasteisiin erilaisiin kaasuihin ZnO SAM:n funktionalisoinnin jälkeen terminaalisilla amiineilla ja tioleilla 161
Siksi tyypin III antureiden herkästä mekanismista puhuttaessa on tärkeää määrittää heteroliitossulun korkeuden muutos ja kaasun kyky vaikuttaa kantoainepitoisuuteen.Lisäksi valaistus voi tuottaa valogeneroituja kantoaaltoja, jotka reagoivat kaasujen kanssa, mikä on lupaavaa omavoimaisen kaasun havaitsemiseen.
Kuten tässä kirjallisuuskatsauksessa käsitellään, monia erilaisia MOS-heteronanorakenteita on valmistettu parantamaan anturin suorituskykyä.Web of Science -tietokannasta etsittiin erilaisia avainsanoja (metallioksidikomposiitit, ydin-vaippametallioksidit, kerrostetut metallioksidit ja omavoimaiset kaasuanalysaattorit) sekä erityisominaisuuksilla (yleisyys, herkkyys/selektiivisyys, sähköntuotantopotentiaali, valmistus). .Menetelmä Kolmen näistä kolmesta laitteesta ominaisuudet on esitetty taulukossa 2. Suorituskykyisten kaasuanturien yleistä suunnittelukonseptia käsitellään analysoimalla kolme Yamazoen ehdottamaa avaintekijää.MOS-heterorakenneanturien mekanismit Kaasuntureihin vaikuttavien tekijöiden ymmärtämiseksi erilaisia MOS-parametreja (esim. raekoko, käyttölämpötila, vika- ja happivakanssitiheys, avoimet kidetasot) on tutkittu huolellisesti.Laiterakenne, joka on myös kriittinen anturin tunnistuskäyttäytymiselle, on jätetty huomiotta ja siitä on harvoin keskusteltu.Tässä katsauksessa käsitellään kolmen tyypillisen laiterakenteen havaitsemisen taustalla olevia mekanismeja.
Raekokorakenne, valmistusmenetelmä ja anturimateriaalin heteroliitoskohtien määrä tyypin I anturissa voivat vaikuttaa suuresti anturin herkkyyteen.Lisäksi anturin käyttäytymiseen vaikuttaa myös komponenttien moolisuhde.Tyypin II laiterakenteet (koristeelliset heteronanorakenteet, kaksi- tai monikerroksiset kalvot, HSSN:t) ovat suosituimpia laiterakenteita, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta komponentista ja vain yksi komponentti on kytketty elektrodiin.Tässä laiterakenteessa johtavuuskanavien sijainnin ja niiden suhteellisten muutosten määrittäminen on kriittistä havaintomekanismin tutkimisessa.Koska tyypin II laitteet sisältävät monia erilaisia hierarkkisia heteronanorakenteita, monia erilaisia tunnistusmekanismeja on ehdotettu.Tyypin III sensorisessa rakenteessa johtumiskanavaa hallitsee heteroliitokseen muodostunut heteroliitos ja havaintomekanismi on täysin erilainen.Siksi on tärkeää määrittää heteroliitossulun korkeuden muutos kohdekaasun altistumisen jälkeen tyypin III anturille.Tällä rakenteella voidaan valmistaa omatehoisia aurinkosähkökaasuantureita virrankulutuksen vähentämiseksi.Kuitenkin, koska nykyinen valmistusprosessi on melko monimutkainen ja herkkyys on paljon pienempi kuin perinteisillä MOS-pohjaisilla kemoresistiivisillä kaasuantureilla, omavoimaisten kaasuanturien tutkimuksessa on vielä paljon edistystä.
Hierarkkisten heteronanorakenteiden kaasu-MOS-anturien tärkeimmät edut ovat nopeus ja suurempi herkkyys.Jotkut MOS-kaasuantureiden keskeiset ongelmat (esim. korkea käyttölämpötila, pitkäaikainen stabiilisuus, huono selektiivisyys ja toistettavuus, kosteusvaikutukset jne.) ovat kuitenkin edelleen olemassa, ja ne on ratkaistava ennen kuin niitä voidaan käyttää käytännön sovelluksissa.Nykyaikaiset MOS-kaasuanturit toimivat tyypillisesti korkeissa lämpötiloissa ja kuluttavat paljon virtaa, mikä vaikuttaa anturin pitkäaikaiseen vakauteen.On olemassa kaksi yleistä lähestymistapaa tämän ongelman ratkaisemiseksi: (1) pienitehoisten anturisirujen kehittäminen;(2) uusien herkkien materiaalien kehittäminen, jotka voivat toimia alhaisessa lämpötilassa tai jopa huoneenlämpötilassa.Yksi lähestymistapa pienitehoisten anturisirujen kehittämiseen on minimoida anturin koko valmistamalla keramiikkaan ja piihin perustuvia mikrolämmityslevyjä163.Keraamiset mikrolämmityslevyt kuluttavat noin 50–70 mV anturia kohden, kun taas optimoidut piipohjaiset mikrolämmityslevyt voivat kuluttaa vain 2 mW anturia kohti käytettäessä jatkuvasti 300 °C:ssa163,164.Uusien anturimateriaalien kehittäminen on tehokas tapa vähentää virrankulutusta alentamalla käyttölämpötilaa, ja se voi myös parantaa anturin vakautta.Kun MOS:n kokoa pienennetään edelleen anturin herkkyyden lisäämiseksi, MOS:n lämpöstabiilisuudesta tulee enemmän haastetta, mikä voi johtaa anturisignaalin ajautumiseen165.Lisäksi korkea lämpötila edistää materiaalien diffuusiota heterorajapinnalla ja sekafaasien muodostumista, mikä vaikuttaa anturin elektronisiin ominaisuuksiin.Tutkijat raportoivat, että anturin optimaalista käyttölämpötilaa voidaan alentaa valitsemalla sopivia anturimateriaaleja ja kehittämällä MOS-heteronanorakenteita.Matalan lämpötilan menetelmän etsiminen erittäin kiteisten MOS-heteronanorakenteiden valmistamiseksi on toinen lupaava lähestymistapa stabiilisuuden parantamiseen.
MOS-antureiden selektiivisyys on toinen käytännön ongelma, koska eri kaasut esiintyvät samanaikaisesti kohdekaasun kanssa, kun taas MOS-anturit ovat usein herkkiä useammalle kuin yhdelle kaasulle ja niillä on usein ristiherkkyys.Siksi anturin selektiivisyyden lisääminen kohdekaasulle sekä muille kaasuille on kriittistä käytännön sovelluksissa.Muutaman viime vuosikymmenen aikana valintaa on osittain käsitelty rakentamalla kaasuantureita, joita kutsutaan "elektronisiksi nenäksi (E-nose)" yhdistettynä laskennallisiin analyysialgoritmeihin, kuten koulutusvektorikvantisointi (LVQ), pääkomponenttianalyysi (PCA), jne. e.Seksuaaliset ongelmat.Osittaiset pienimmän neliösumman (PLS) jne. 31, 32, 33, 34. Kaksi päätekijää (anturien lukumäärä, jotka liittyvät läheisesti tunnistusmateriaalin tyyppiin ja laskennallinen analyysi) ovat kriittisiä elektronisten nenän kyvyn parantamiseksi kaasujen tunnistamiseen169.Antureiden määrän lisääminen vaatii kuitenkin yleensä monia monimutkaisia valmistusprosesseja, joten on tärkeää löytää yksinkertainen menetelmä elektronisten nenojen suorituskyvyn parantamiseksi.Lisäksi MOS:n muokkaaminen muilla materiaaleilla voi myös lisätä anturin selektiivisyyttä.Esimerkiksi H2:n selektiivinen havaitseminen voidaan saavuttaa NP Pd:llä modifioidun MOS:n hyvän katalyyttisen aktiivisuuden ansiosta.Viime vuosina jotkut tutkijat ovat pinnoittaneet MOS MOF -pinnan parantaakseen anturin selektiivisyyttä koon poissulkemisen avulla171 172.Tämän työn innoittamana materiaalin funktionalisointi saattaa jollakin tavalla ratkaista valikoivuusongelman.Oikean materiaalin valinnassa on kuitenkin vielä paljon tehtävää.
Samoilla olosuhteissa ja menetelmillä valmistettujen antureiden ominaisuuksien toistettavuus on toinen tärkeä vaatimus laajamittaisessa tuotannossa ja käytännön sovelluksissa.Sentrifugointi- ja upotusmenetelmät ovat tyypillisesti edullisia menetelmiä korkean suorituskyvyn kaasuanturien valmistamiseksi.Kuitenkin näiden prosessien aikana herkkä materiaali pyrkii aggregoitumaan ja herkän materiaalin ja substraatin välinen suhde heikkenee68, 138, 168. Tämän seurauksena anturin herkkyys ja stabiilisuus heikkenevät merkittävästi ja suorituskyky tulee toistettavaksi.Muut valmistusmenetelmät, kuten sputterointi, ALD, pulssilaserpinnoitus (PLD) ja fyysinen höyrypinnoitus (PVD), mahdollistavat kaksi- tai monikerroksisten MOS-kalvojen tuotannon suoraan kuvioiduille pii- tai alumiinioksidisubstraateille.Näillä tekniikoilla vältetään herkkien materiaalien kerääntyminen, varmistetaan anturin toistettavuus ja osoitetaan tasomaisten ohutkalvoanturien laajamittaisen tuotannon toteutettavuus.Näiden litteiden kalvojen herkkyys on kuitenkin yleensä paljon pienempi kuin 3D-nanorakenteisten materiaalien pienen ominaispinta-alan ja alhaisen kaasunläpäisevyyden vuoksi41,174.Uudet strategiat MOS-heteronanorakenteiden kasvattamiseksi tietyissä paikoissa strukturoiduissa mikrosiruissa ja herkkien materiaalien koon, paksuuden ja morfologian tarkkaan hallintaan ovat kriittisiä korkean toistettavuuden ja herkkyyden omaavien kiekkotason antureiden edullisen valmistuksen kannalta.Esimerkiksi Liu et ai.174 ehdotti yhdistettyä ylhäältä alas ja alhaalta ylös -strategiaa korkean suorituskyvyn kristalliittien valmistamiseksi kasvattamalla in situ Ni(OH)2-nanoseinämiä tietyissä paikoissa..Kiekot mikropolttimiin.
Lisäksi on tärkeää ottaa huomioon myös kosteuden vaikutus anturiin käytännön sovelluksissa.Vesimolekyylit voivat kilpailla happimolekyylien kanssa anturimateriaalien adsorptiokohdista ja vaikuttaa anturin vastuuseen kohdekaasusta.Kuten happi, vesi toimii molekyylinä fysikaalisen sorption kautta, ja se voi myös esiintyä hydroksyyliradikaalien tai hydroksyyliryhmien muodossa useilla hapetusasemilla kemisorption kautta.Lisäksi ympäristön korkean tason ja vaihtelevan kosteuden vuoksi anturin luotettava vaste kohdekaasuun on suuri ongelma.Tämän ongelman ratkaisemiseksi on kehitetty useita strategioita, kuten kaasun esikonsentraatio177, kosteuden kompensointi ja ristireaktiiviset hilamenetelmät178 sekä kuivausmenetelmät179,180.Nämä menetelmät ovat kuitenkin kalliita, monimutkaisia ja vähentävät anturin herkkyyttä.Useita edullisia strategioita on ehdotettu kosteuden vaikutusten tukahduttamiseksi.Esimerkiksi SnO2:n koristelu Pd-nanohiukkasilla voi edistää adsorboituneen hapen muuttumista anionisiksi hiukkasiksi, kun taas SnO2:n funktionalisointi materiaaleilla, joilla on korkea affiniteetti vesimolekyyleihin, kuten NiO ja CuO, ovat kaksi tapaa estää kosteusriippuvuus vesimolekyyleistä..Anturit 181, 182, 183. Lisäksi kosteuden vaikutusta voidaan vähentää myös käyttämällä hydrofobisia materiaaleja muodostamaan hydrofobisia pintoja36,138,184,185.Kosteutta kestävien kaasuanturien kehitys on kuitenkin vielä alkuvaiheessa, ja näiden ongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan kehittyneempiä strategioita.
Yhteenvetona voidaan todeta, että havaitsemissuorituskykyä (esim. herkkyys, selektiivisyys, alhainen optimaalinen käyttölämpötila) on parannettu luomalla MOS-heteronanorakenteita, ja useita parannettuja havaitsemismekanismeja on ehdotettu.Tietyn anturin tunnistusmekanismia tutkittaessa on otettava huomioon myös laitteen geometrinen rakenne.Uusien anturimateriaalien ja kehittyneiden valmistusstrategioiden tutkimusta tarvitaan kaasuanturien suorituskyvyn parantamiseksi ja jäljellä olevien haasteiden ratkaisemiseksi tulevaisuudessa.Anturin ominaisuuksien hallittua viritystä varten on tarpeen systemaattisesti rakentaa suhdetta anturimateriaalien synteettisen menetelmän ja heteronanorakenteiden toiminnan välille.Lisäksi pintareaktioiden ja heterorajapintojen muutosten tutkiminen nykyaikaisilla karakterisointimenetelmillä voi auttaa selvittämään niiden havaitsemisen mekanismeja ja antaa suosituksia heteronanorakenteisiin materiaaleihin perustuvien antureiden kehittämiseen.Lopuksi, nykyaikaisten anturien valmistusstrategioiden tutkiminen voi mahdollistaa miniatyyrikaasuanturien valmistuksen kiekotasolla niiden teollisiin sovelluksiin.
Genzel, NN et ai.Pitkittäinen tutkimus sisätilojen typpidioksiditasoista ja hengitystieoireista astmaa sairastavilla lapsilla kaupunkialueilla.naapurustossa.Terveysnäkökulma.116, 1428–1432 (2008).
Postitusaika: 04.11.2022
