Айлана-чөйрөнү көзөмөлдөө, коопсуздук, медициналык диагностика жана айыл чарба тармактарында жогорку өндүрүмдүүлүктөгү, көчмө жана кичирейтилген газ сенсорлорун иштеп чыгуу көбөйүүдө.Ар кандай аныктоочу куралдардын ичинен металл-оксид-жарым өткөргүч (MOS) химия-резистивдүү газ датчиктери, алардын туруктуулугу, арзандыгы жана жогорку сезгичтигинен улам коммерциялык колдонмолор үчүн эң популярдуу тандоо.Сенсордун иштешин андан ары жакшыртуу үчүн эң маанилүү ыкмалардын бири болуп MOS наноматериалдарынан наноөлчөмдүү MOS негизиндеги гетероокцияларды (гетеро-наноструктуралуу MOS) түзүү саналат.Бирок, гетеронаноструктуралуу MOS сенсорунун сезүү механизми бир MOS газ сенсорунан айырмаланат, анткени ал абдан татаал.Сенсордун иштешине ар кандай параметрлер, анын ичинде сезгич материалдын физикалык жана химиялык касиеттери (мисалы, дан өлчөмү, кемтиктин тыгыздыгы жана материалдын кычкылтек боштугу), иштөө температурасы жана түзүлүштүн түзүлүшү таасир этет.Бул карап чыгуу гетерогендүү наноструктуралуу MOS сенсорлорунун сезүү механизмин талдоо аркылуу жогорку натыйжалуу газ сенсорлорун долбоорлоо үчүн бир нече түшүнүктөрдү берет.Мындан тышкары, аппараттын геометриялык түзүлүшүнүн таасири, сезгич материал менен жумушчу электроддун ортосундагы байланыш менен аныкталат.Сенсордун жүрүм-турумун системалуу түрдө изилдөө үчүн, бул макалада ар кандай гетеронаноструктуралуу материалдарга негизделген түзүлүштөрдүн үч типтүү геометриялык структурасын кабыл алуунун жалпы механизми киргизилет жана талкууланат.Бул обзор газ сенсорлорунун сезимтал механизмдерин изилдөө жана жогорку натыйжалуу газ сенсорлорун иштеп чыгуу келечектеги окурмандар үчүн колдонмо болуп кызмат кылат.
Абанын булганышы барган сайын олуттуу көйгөй жана адамдардын жана тирүү жандыктардын жыргалчылыгына коркунуч туудурган олуттуу глобалдык экологиялык көйгөй болуп саналат.Газ түрүндөгү булгоочу заттарды ингаляциялоо дем алуу органдарынын оорулары, өпкө рагы, лейкоз жана ал тургай эрте өлүм сыяктуу ден-соолукка байланыштуу көптөгөн көйгөйлөрдү жаратышы мүмкүн1,2,3,4.2012-жылдан 2016-жылга чейин абанын булганышынан миллиондогон адамдар каза болгону жана жыл сайын миллиарддаган адамдар абанын сапатынын начардыгына дуушар болушкан5.Ошондуктан, реалдуу убакыт кайтарым байланыш жана жогорку аныктоо натыйжалуулугун (мисалы, сезгичтик, тандоо, туруктуулук жана жооп кайтаруу жана калыбына келтирүү убакыттары) камсыз кыла ала турган көчмө жана кичирейтилген газ сенсорлорун иштеп чыгуу маанилүү.Айлана-чөйрөнү көзөмөлдөөдөн тышкары, газ сенсорлору коопсуздук6,7,8, медициналык диагностика9,10, аквакультура11 жана башка тармактарда12 маанилүү ролду ойнойт.
Бүгүнкү күнгө чейин, оптикалык13,14,15,16,17,18, электрохимиялык19,20,21,22 жана химиялык каршылык сенсорлор23,24 сыяктуу ар кандай сезүү механизмдерине негизделген бир нече көчмө газ сенсорлору киргизилген.Алардын арасында, металл-оксид-жарым өткөргүч (MOS) химиялык каршылык сенсорлор, алардын жогорку туруктуулугуна жана төмөн наркына байланыштуу коммерциялык колдонмолордо абдан популярдуу болуп саналат25,26.Булгоочу заттардын концентрациясын жөн гана MOS каршылыгынын өзгөрүшүн аныктоо аркылуу аныктоого болот.1960-жылдардын башында ZnO жука пленкаларынын негизинде биринчи химия-резистенттүү газ датчиктери жарыяланып, газды аныктоо чөйрөсүндө чоң кызыгууну жараткан27,28.Бүгүнкү күндө көптөгөн ар түрдүү MOS газ сезгич материалдар катары колдонулат, жана аларды физикалык касиеттери боюнча эки категорияга бөлүүгө болот: n-түрү MOS көпчүлүк заряд алып жүрүүчү катары электрондору менен жана p-түрү MOS көпчүлүк заряд алып жүрүүчү катары тешиктери менен.заряд ташуучулар.Жалпысынан алганда, p-тибиндеги MOS n-типтеги MOSга караганда анча популярдуу эмес, анткени p-типтеги MOS (Sp) индуктивдүү реакциясы n-типтеги MOSтун квадрат тамырына пропорционалдуу (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) ошол эле божомолдор боюнча (мисалы, бирдей морфологиялык түзүлүш жана абадагы тилкелердин ийилишинин бирдей өзгөрүшү) 29,30.Бирок, бир базалык MOS сенсорлору дагы эле жетишсиз аныктоо чеги, төмөн сезгичтик жана практикалык колдонмолордо тандоо сыяктуу көйгөйлөргө туш болушат.Тандоо маселелери кандайдыр бир деңгээлде сенсорлордун массивдерин («электрондук мурундар» деп аталат) түзүү жана окутуу векторунун кванттоосу (LVQ), негизги компоненттердин анализи (PCA) жана жарым-жартылай эң аз квадраттарды (PLS) анализи31 сыяктуу эсептөө анализинин алгоритмдерин киргизүү аркылуу чечилиши мүмкүн. 32, 33, 34, 35. Мындан тышкары, аз өлчөмдөгү MOS32,36,37,38,39 (мисалы, бир өлчөмдүү (1D), 0D жана 2D наноматериалдар), ошондой эле башка наноматериалдарды ( мис. MOS40,41,42, асыл металл нанобөлүкчөлөрү (NPs))43,44, көмүртек наноматериалдар45,46 жана өткөргүч полимерлер47,48) наносөлчөмдөгү гетероконструкцияларды (б.а., гетеронаноструктуралуу MOS) түзүү үчүн жогорудагы көйгөйлөрдү чечүүнүн башка артыкчылыктуу ыкмалары болуп саналат.Салттуу коюу MOS пленкалар менен салыштырганда, жогорку өзгөчө бети менен аз өлчөмдүү MOS газ адсорбция үчүн активдүү сайттарды камсыз кылат жана газ диффузия36,37,49 көмөктөшөт.Мындан тышкары, MOS негизиндеги гетеронаноструктуралардын дизайны гетероинтерфейстеги ташуучу транспортту андан ары тууралай алат, натыйжада ар кандай иштөө функцияларынан улам каршылык чоң өзгөрүүлөргө алып келет50,51,52.Мындан тышкары, MOS гетеронаноструктураларын долбоорлоодо пайда болгон кээ бир химиялык эффекттер (мисалы, каталитикалык активдүүлүк жана синергетикалык беттик реакциялар) сенсордун иштешин жакшыртышы мүмкүн. сенсордун иштеши үчүн заманбап химиого-резистивдүү сенсорлор адатта сыноо жана катаны колдонушат, бул убакытты талап кылат жана натыйжасыз.Ошондуктан, MOS негизиндеги газ сенсорлорунун сезүү механизмин түшүнүү маанилүү, анткени ал жогорку натыйжалуу багыттуу сенсорлордун дизайнын жетектей алат.
Акыркы жылдары, MOS газ сенсорлор тездик менен өнүккөн жана кээ бир отчеттор MOS nanostructures55,56,57, бөлмө температурасы газ сенсорлор58,59, атайын MOS сенсор материалдар60,61,62 жана атайын газ сенсорлор63 жарыяланган.Башка сын-пикирлердеги карап чыгуу кагазы MOSтин физикалык жана химиялык касиеттерине негизделген газ сенсорлорунун сезүү механизмин, анын ичинде кычкылтек боштуктарынын ролун 64, гетеронаноструктуралардын ролун 64, гетеронаноструктуралардын ролун 55, 65 жана гетероинтерфейстердеги зарядды өткөрүп берүүнү 66. Мындан тышкары , көптөгөн башка параметрлер сенсордун иштешине, анын ичинде гетероструктурага, дан өлчөмүнө, иштөө температурасына, кемчиликтердин тыгыздыгына, кычкылтек боштуктарына жана ал тургай сезгич материалдын ачык кристаллдык тегиздигине таасир этет25,67,68,69,70,71.72, 73. Бирок, сезгич материал менен жумушчу электроддун ортосундагы байланыш менен аныкталган аппараттын (сейрек айтылган) геометриялык структурасы да сенсордун сезгичтигине олуттуу таасир этет74,75,76 (көбүрөөк маалымат алуу үчүн 3-бөлүмдү караңыз). .Мисалы, Кумар жана башкалар.77 бир эле материалга негизделген эки газ сенсорун билдирди (мисалы, TiO2@NiO жана NiO@TiO2 негизиндеги эки катмарлуу газ сенсорлору) жана түзмөктүн ар кандай геометрияларына байланыштуу NH3 газына каршылыктын ар кандай өзгөрүүлөрүн байкашкан.Ошондуктан, газды сезгич механизмди талдоодо аппараттын түзүлүшүн эске алуу зарыл.Бул кароодо авторлор ар кандай гетерогендүү наноструктураларды жана түзүлүш структураларын MOS негизинде аныктоо механизмдерине басым жасашат.Бул карап чыгуу газды аныктоо механизмдерин түшүнүүнү жана талдоону каалаган окурмандар үчүн колдонмо катары кызмат кыла алат жана келечектеги жогорку натыйжалуу газ сенсорлорун иштеп чыгууга салым кошо алат деп ишенебиз.
fig боюнча.1а бир MOS негизинде газ сезүү механизминин негизги моделин көрсөтөт.Температура жогорулаган сайын, кычкылтек (О2) молекулаларынын MOS бетине адсорбциясы MOSдан электрондорду тартып, аниондук түрлөрдү (мисалы, O2- жана O-) пайда кылат.Андан кийин, n-типтеги MOS үчүн электрондордун азайышы катмары (EDL) же p-типтеги MOS үчүн тешик топтоо катмары (HAL) андан кийин MOS бетинде түзүлөт 15, 23, 78. O2 менен өз ара аракеттенүү MOS беттик MOS өткөргүч тилкесин өйдө ийилип, потенциалдуу тосмо пайда кылат.Кийинчерээк, сенсор максаттуу газга дуушар болгондо, MOS бетинде адсорбцияланган газ иондук кычкылтектин түрлөрү менен реакцияга кирип, электрондорду тартат (кычкылдануучу газ) же электрондорду берет (газды азайтат).Максаттуу газ менен MOS ортосундагы электрон которуу EDL же HAL30,81 туурасын тууралай алат, натыйжада MOS сенсорунун жалпы каршылыгынын өзгөрүшүнө алып келет.Мисалы, калыбына келтирүүчү газ үчүн электрондор калыбына келтирүүчү газдан n-типтүү MOSга которулат, натыйжада EDL азыраак жана n-типтеги сенсордун жүрүм-туруму деп аталат.Ал эми, p-түрү MOS p-түрү сезгичтик жүрүм-турумун аныктайт азайтуучу газга дуушар болгондо, HAL кичирейет жана электрон берүүдөн улам каршылык жогорулайт.Кычкылдануучу газдар үчүн сенсордун реакциясы газдарды калыбына келтирүүчү реакцияга карама-каршы келет.
Газдарды калыбына келтирүү жана кычкылдандыруу үчүн n-тип жана p-типтеги MOS үчүн аныктоонун негизги механизмдери b Жарым өткөргүч газ датчиктериндеги негизги факторлор жана физикалык-химиялык же материалдык касиеттери 89
Негизги аныктоо механизминен тышкары, практикалык газ сенсорлорунда колдонулган газды аныктоо механизмдери абдан татаал.Мисалы, газ сенсорун иш жүзүндө колдонуу колдонуучунун муктаждыктарына жараша көптөгөн талаптарга жооп бериши керек (мисалы, сезгичтик, тандоо жана туруктуулук).Бул талаптар сезгич материалдын физикалык жана химиялык касиеттери менен тыгыз байланыштуу.Мисалы, Xu et al.71 SnO2 негизиндеги сенсорлор кристаллдын диаметри (d) SnO271дин Debye узундугуна (λD) барабар же андан эки эсе аз болгондо эң жогорку сезгичтикке жетишерин көрсөтүштү.d ≤ 2λD болгондо, O2 молекулалары адсорбциялангандан кийин SnO2 толук түгөнүп, датчиктин калыбына келтирүүчү газга реакциясы максималдуу болот.Мындан тышкары, ар кандай башка параметрлер сенсордун иштешине, анын ичинде иштөө температурасына, кристаллдык кемчиликтерге, ал тургай сезүүчү материалдын ачык кристаллдык тегиздигине таасир этиши мүмкүн.Атап айтканда, иштөө температурасынын таасири максаттуу газдын адсорбция жана десорбция ылдамдыгы, ошондой эле адсорбцияланган газ молекулалары менен кычкылтек бөлүкчөлөрү ортосундагы беттик реактивдүүлүк ортосундагы мүмкүн болуучу атаандаштык менен түшүндүрүлөт4,82.Кристалл дефекттеринин таасири кычкылтек боштуктарынын мазмунуна катуу байланыштуу [83, 84].Сенсордун иштешине ачык кристалл беттеринин ар кандай реактивдүүлүгү да таасир этиши мүмкүн67,85,86,87.Тыгыздыгы төмөн ачык кристаллдык тегиздиктер беттик адсорбцияга жана реактивдүүлүккө өбөлгө түзгөн координацияланбаган көбүрөөк энергиялуу металл катиондорун ачып берет88.1-таблицада бир нече негизги факторлор жана алар менен байланышкан жакшыртылган кабылдоо механизмдери келтирилген.Ошондуктан, бул материалдык параметрлерди тууралоо менен, аныктоо натыйжалуулугун жакшыртууга болот, жана сенсор аткарууга таасир этүүчү негизги факторлорду аныктоо үчүн абдан маанилүү болуп саналат.
Yamazoe89 жана Shimanoe et al.68,71 сенсор кабыл теориялык механизми боюнча бир катар изилдөөлөрдү жүзөгө ашырат жана сенсор аткарууга таасир этүүчү үч көз карандысыз негизги факторлорду сунуш кылган, атап айтканда, кабылдагыч милдети, өзгөрткүч милдети жана пайдалуу (сүрөт. 1b)..Рецептор функциясы MOS бетинин газ молекулалары менен өз ара аракеттенүү жөндөмдүүлүгүн билдирет.Бул функция МОСтун химиялык касиеттери менен тыгыз байланышкан жана чет элдик акцепторлорду (мисалы, металл NPs жана башка MOS) киргизүү жолу менен бир топ жакшыртса болот.Өзгертүүчү функция газ менен MOS бетинин ортосундагы реакцияны MOSтун чек аралары үстөмдүк кылган электрдик сигналга айландыруу мүмкүнчүлүгүн билдирет.Ошентип, сезүү функциясы MOC бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү жана чет элдик кабылдагычтардын тыгыздыгы менен олуттуу таасир этет.Katoch et al.90 ZnO-SnO2 нанофибрилдеринин дан өлчөмүн азайтуу көп сандаган гетероконструкциялардын пайда болушуна жана сенсордун сезгичтигинин жогорулашына алып келгенин, өзгөрткүчтүн иштешине шайкеш келгендигин билдирди.Wang et al.91 Zn2GeO4 ар кандай дан өлчөмдөрүн салыштырып, дан чектерин киргизүү кийин сенсор сезгичтигин 6,5 эсеге жогорулаганын көрсөттү.Utility ички MOS түзүмүнө газдын болушун сүрөттөгөн дагы бир негизги сенсор аткаруу фактору болуп саналат.Эгерде газ молекулалары кире албаса жана ички MOS менен реакция кыла албаса, сенсордун сезгичтиги төмөндөйт.Пайдалуулугу белгилүү бир газдын диффузиялык тереңдиги менен тыгыз байланыштуу, ал сезүүчү материалдын тешикчелеринин өлчөмүнө жараша болот.Сакай жана башкалар.92 сенсордун түтүн газдарына сезгичтигин моделдешти жана газдын молекулалык салмагы да, сенсордук мембрананын тешикче радиусу да сенсордун мембранасынын ар кандай газ диффузиялык тереңдиктеринде сенсордун сезгичтигине таасир этээрин аныктады.Жогорудагы талкуу көрсөткөндөй, жогорку натыйжалуу газ сенсорлору рецептордун функциясын, өзгөрткүчтүн функциясын жана пайдалуулугун теңдөө жана оптималдаштыруу аркылуу иштелип чыгышы мүмкүн.
Жогорудагы иш бир MOS негизги кабылдоо механизмин тактайт жана MOS аткарууга таасир этүүчү бир нече факторлорду талкуулайт.Бул факторлордон тышкары, гетероструктураларга негизделген газ сенсорлору сенсор жана кабылдагыч функцияларын кыйла жакшыртуу аркылуу сенсордун иштешин андан ары жакшыртат.Мындан тышкары, гетеронаноструктуралар каталитикалык реакцияларды күчөтүү, заряддын өткөрүлүшүн жөнгө салуу жана көбүрөөк адсорбциялоо жерлерин түзүү аркылуу сенсордун иштешин андан ары жакшыртат.Бүгүнкү күнгө чейин, MOS гетеронаноструктураларына негизделген көптөгөн газ сенсорлору жакшыртылган сезүү механизмдерин талкуулоо үчүн изилденген95,96,97.Миллер жана башкалар.55 гетеронаноструктуралардын сезгичтигин жакшыртууга мүмкүн болгон бир нече механизмдерди жалпылашты, анын ичинде беттик көз каранды, интерфейске көз каранды жана структурага көз каранды.Алардын ичинен интерфейске көз каранды күчөтүү механизми бардык интерфейстин өз ара аракеттенүүсүн бир теорияда камтуу үчүн өтө татаал, анткени гетеронаноструктуралуу материалдарга негизделген ар кандай сенсорлор (мисалы, nn-гетероолуу, pn-гетероолуу, pp-гетероолуу ж.б.) колдонулушу мүмкүн. .Шоттки түйүнү).Адатта, MOS негизиндеги гетеронаноструктуралуу сенсорлор ар дайым эки же андан көп өнүккөн сенсор механизмдерин камтыйт98,99,100.Бул күчөтүү механизмдеринин синергетикалык эффекти сенсордук сигналдарды кабыл алууну жана иштетүүнү күчөтөт.Ошентип, гетерогендүү наноструктуралуу материалдарга негизделген сенсорлорду кабыл алуу механизмин түшүнүү изилдөөчүлөргө алардын муктаждыктарына ылайык ылдыйдан жогоруга газ сенсорлорун иштеп чыгууга жардам берүү үчүн абдан маанилүү.Мындан тышкары, аппараттын геометриялык түзүлүшү да сезгичтигине олуттуу таасир этиши мүмкүн 74, 75, 76. Сенсордун жүрүм-турумун системалуу түрдө талдоо максатында, ар кандай гетеронаноструктуралуу материалдарга негизделген үч түзүлүш структураларынын сезүү механизмдери көрсөтүлөт. жана төмөндө талкууланат.
MOS негизиндеги газ сенсорлорунун тез өнүгүшү менен ар кандай гетеро-наноструктуралуу MOS сунушталды.Гетероинтерфейстеги заряддын өтүшү компоненттердин ар кандай Ферми деңгээлине (Ef) көз каранды.Гетероинтерфейсте электрондор Ферми деңгээли тең салмактуулукка жеткенге чейин чоңураак Ef болгон бир тараптан экинчи тарапка кичирээк Ef менен жылат, ал эми тешиктер тескерисинче.Андан кийин гетероинтерфейстеги ташыгычтар түгөнүп, түгөнгөн катмарды түзөт.Сенсор максаттуу газга дуушар болгондон кийин, гетеронаноструктураланган MOS ташуучу концентрациясы, тоскоолдуктун бийиктиги өзгөрөт, ошону менен аныктоо сигналын күчөтөт.Мындан тышкары, гетеронаноструктураларды жасоонун ар кандай ыкмалары материалдар менен электроддордун ортосундагы ар кандай мамилелерге алып келет, бул ар кандай түзмөк геометриясына жана ар кандай сезүү механизмдерине алып келет.Бул кароодо биз үч геометриялык түзүлүш структурасын сунуштайбыз жана ар бир түзүлүш үчүн сезүү механизмин талкуулайбыз.
Гетероидукциялар газды аныктоодо абдан маанилүү ролду ойносо да, бүт сенсордун аппарат геометриясы да аныктоо жүрүм-турумуна олуттуу таасир этиши мүмкүн, анткени сенсор өткөрүү каналынын жайгашкан жери аппараттын геометриясына абдан көз каранды.2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бул жерде гетерокондук MOS түзүлүштөрүнүн үч типтүү геометриясы талкууланат. Биринчи типте эки MOS байланышы эки электроддун ортосунда туш келди бөлүштүрүлөт жана өткөргүч каналдын орду негизги MOS тарабынан аныкталат, экинчиси бир гана MOS электрод менен байланышкан, ал эми ар кандай MOS гетерогендүү наноструктураларды түзүү.электрод туташтырылган, анда өткөргүч канал адатта MOS ичинде жайгашкан жана түздөн-түз электрод менен байланышкан.Үчүнчү типте эки материал эки электродго өз-өзүнчө бекитилет, бул эки материалдын ортосунда пайда болгон гетерекоммуникация аркылуу аппаратты жетектейт.
Кошулмалардын ортосундагы дефис (мисалы, “SnO2-NiO”) эки компоненттин жөн гана аралашканын көрсөтөт (I түрү).Эки байланыштын ортосундагы "@" белгиси (мисалы, "SnO2@NiO") склад материалы (NiO) II типтеги сенсор структурасы үчүн SnO2 менен кооздолгондугун билдирет.Кыйык сызык (мисалы, “NiO/SnO2”) III типтеги сенсор дизайнын көрсөтөт.
MOS композиттерине негизделген газ сенсорлору үчүн эки MOS элементи электроддор арасында туш келди бөлүштүрүлөт.MOS композиттерин даярдоо үчүн көптөгөн өндүрүш ыкмалары иштелип чыккан, анын ичинде золь-гель, копреципитация, гидротермикалык, электроспиннинг жана механикалык аралаштыруу ыкмалары98,102,103,104.Жакында, металл-органикалык алкактары (MOFs), металл борборлору жана органикалык байланыштыргычтар турган тешиктүү кристаллдык структуралык материалдардын классы, тешиктүү MOS композиттерин даярдоо үчүн шаблон катары колдонулган105,106,107,108.Белгилей кетсек, MOS композиттеринин пайызы бирдей болгону менен, ар кандай өндүрүш процесстерин колдонууда сезгичтик мүнөздөмөлөрү абдан өзгөрүшү мүмкүн. (Mo: Sn = 1: 1.9) жана ар кандай даярдоо ыкмалары ар кандай сезимталдыкты алып келерин аныкташкан.Шапошник жана башкалар.110 биргелешип тундурулган SnO2-TiO2нин газ түрүндөгү H2 реакциясы, ал тургай, бирдей Sn/Ti катышында механикалык аралашкан материалдардан айырмаланганын билдирди.Бул айырма MOP жана MOP кристаллдын өлчөмү ортосундагы мамиле ар кандай синтез методдору менен өзгөрүп тургандыктан келип чыгат109,110.Дан өлчөмү жана формасы донордук тыгыздыгы жана жарым өткөргүч түрү боюнча ырааттуу болгондо, байланыш геометриясы 110 өзгөрбөсө, жооп ошол бойдон калууга тийиш.Staerz жана башкалар.111 SnO2-Cr2O3 өзөктүү кабыкчасынын (CSN) нан жипчелеринин жана жер SnO2-Cr2O3 CSNs аныктоо мүнөздөмөлөрү дээрлик бирдей болгонун билдирди, бул нанофибердин морфологиясы эч кандай артыкчылык бербейт дегенди билдирет.
Ар кандай даярдоо ыкмаларынан тышкары, эки башка MOSFETтин жарым өткөргүч түрлөрү да сенсордун сезгичтигине таасир этет.Эки MOSFET жарым өткөргүчтүн бир түрүнө (nn же pp түйүнү) же ар кандай түргө (pn түйүнү) жараша эки категорияга бөлүүгө болот.Газ сенсорлору бирдей типтеги MOS композиттерине негизделгенде, эки MOSтун молярдык катышын өзгөртүү менен, сезгичтиктин реакциясынын мүнөздөмөсү өзгөрүүсүз калат жана сенсордун сезгичтиги nn- же pp-heterojunctions санына жараша өзгөрөт.Композитте бир компонент басымдуулук кылганда (мисалы, 0,9 ZnO-0,1 SnO2 же 0,1 ZnO-0,9 SnO2), өткөрүү каналы доминантты MOS менен аныкталат, 92 гомоконференция өткөрүү каналы деп аталат.Эки компоненттин катышы салыштырылганда, өткөргүч каналда гетероолуу 98,102 үстөмдүк кылат деп болжолдонот.Ямазое жана башкалар.112,113 эки компоненттин гетероконтакттык аймагы сенсордун сезгичтигин бир топ жакшырта алат деп билдирди, анткени компоненттердин ар кандай иштөө функцияларынан улам пайда болгон гетероконтакттык тоскоолдук электрондорго дуушар болгон сенсордун дрейф мобилдүүлүгүн эффективдүү көзөмөлдөй алат.Ар кандай атмосфералык газдар 112,113.fig боюнча.3a-сүрөттө SnO2-ZnO жипчелүү иерархиялык структураларга негизделген сенсорлор ар кандай ZnO мазмуну (0 ден 10 моль % Zn) этанолду тандап аныктай аларын көрсөтөт.Алардын ичинен SnO2-ZnO жипчелерине негизделген датчик (7 моль.% Zn) көп сандагы гетероошуулардын пайда болушунан жана салыштырма беттик аянттын көбөйүшүнөн улам эң жогорку сезгичтикти көрсөттү, бул конвертордун функциясын жогорулатып, жакшырды. сезгичтик 90 Бирок, ZnO мазмунунун андан ары 10 мол.% га чейин көбөйүшү менен микроструктура SnO2-ZnO композициясы беттик активдештирүү аймактарын ороп, сенсордун сезгичтигин төмөндөтөт85.Ушундай эле тенденция NiO-NiFe2O4 pp гетероокциондук композиттерге негизделген сенсорлордо да байкалат (сүрөт 3b)114.
SnO2-ZnO жипчелеринин (7 моль.% Zn) SEM сүрөттөрү жана 260 °Cде 100 ppm концентрациясы бар ар кандай газдарга сенсордук реакциясы;54b Таза NiO жана NiO-NiFe2O4 композиттерине негизделген сенсорлордун жооптору 50 промилле ар түрдүү газдардын, 260 °C;114 (c) xSnO2-(1-x)Co3O4 курамындагы түйүндөрдүн санынын схемалык диаграммасы жана 10 ppm CO, ацетон, C6H6 жана SO2 үчүн xSnO2-(1-x)Co3O4 курамынын тиешелүү каршылык жана сезгичтик реакциялары. Sn/Co 98 молярдык катышын өзгөртүү менен 350 °C газ
pn-MOS композиттери MOS115тин атомдук катышына жараша ар кандай сезгичтикти көрсөтөт.Жалпысынан алганда, MOS композиттеринин сенсордук жүрүм-туруму кайсы MOS сенсор үчүн негизги өткөргүч канал катары иштээрин көз каранды.Ошондуктан, композиттердин пайыздык курамын жана наноструктурасын мүнөздөп берүү абдан маанилүү.Kim et al.98 бул корутундуну xSnO2 ± (1-x) Co3O4 курама нанобулалардын сериясын электроспиннинг жолу менен синтездеп, алардын сенсордук касиеттерин изилдөө менен тастыктады.Алар SnO2-Co3O4 курама сенсорунун жүрүм-туруму SnO2 пайызын азайтуу менен n-түрүнөн p-түрүнө өткөнүн байкашкан (сүр. 3c)98.Кошумчалай кетсек, гетероюнкция үстөмдүк кылган сенсорлор (0,5 SnO2-0,5 Co3O4 негизинде) homojunction үстөмдүк кылган сенсорлорго (мисалы, жогорку SnO2 же Co3O4 сенсорлору) салыштырмалуу C6H6 үчүн эң жогорку өткөрүү ылдамдыгын көрсөттү.0,5 SnO2-0,5 Co3O4 негизиндеги сенсордун мүнөздүү жогорку каршылыгы жана анын сенсордун жалпы каршылыгын модуляциялоо жөндөмдүүлүгү анын C6H6га эң жогорку сезгичтигине өбөлгө түзөт.Мындан тышкары, SnO2-Co3O4 гетероинтерфейстеринен келип чыккан торлордун дал келбеген кемчиликтери газ молекулалары үчүн артыкчылыктуу адсорбция жерлерин түзүшү мүмкүн, ошону менен сенсордун реакциясын күчөтөт109,116.
Жарым өткөргүч тибиндеги MOSдон тышкары, MOS композиттеринин тийүү жүрүм-турумун MOS-117 химиясынын жардамы менен да ыңгайлаштырса болот.Huo et al.117 Co3O4-SnO2 композиттерин даярдоо үчүн жөнөкөй сууга бышыруу ыкмасын колдонушкан жана Co/Sn молярдык катышы 10% болгон учурда сенсор H2ге p-түрү аныктоо реакциясын жана n-түрү сезгичтигин көрсөткөн. H2.жооп.CO, H2S жана NH3 газдарына сенсорлордун жооптору 4a117-сүрөттө көрсөтүлгөн.Төмөн Co/Sn катыштарында SnO2±SnO2 нано бүртүкчөлөрүнүн чектеринде көптөгөн гомоконференциялар пайда болуп, H2ге n-типтүү сенсор жоопторун көрсөтөт (сүрөт 4b,c)115.Co/Sn катышын 10 мольге чейин жогорулатуу менен.%, SnO2-SnO2 гомоконференцияларынын ордуна бир эле учурда көптөгөн Co3O4-SnO2 гетероиджиктери пайда болгон (4г-сүрөт).Co3O4 Н2ге карата активдүү эмес, ал эми SnO2 Н2 менен күчтүү реакцияга киргендиктен, H2нин иондук кычкылтек түрлөрү менен реакциясы негизинен SnO2117 бетинде болот.Демек, электрондор SnO2ге жылып, Ef SnO2 өткөргүч тилкеге жылат, ал эми Ef Co3O4 өзгөрүүсүз калат.Натыйжада, сенсордун каршылыгы жогорулайт, бул жогорку Co/Sn катышы бар материалдар р-түрү сезүү жүрүм-турумун көрсөтөт (сүрөт 4e).Ал эми CO, H2S жана NH3 газдары SnO2 жана Co3O4 беттеринде иондук кычкылтек түрлөрү менен реакцияга кирип, электрондор газдан сенсорго жылып, натыйжада тосмо бийиктиги жана n тибиндеги сезгичтик төмөндөйт (4f-сүрөт)..Бул ар кандай сенсордун жүрүм-туруму, ар кандай газдар менен Co3O4 ар кандай реактивдүүлүгүнө байланыштуу, аны дагы Yin et al.118 .Ушундай эле, Каточ жана башкалар.119 SnO2-ZnO композиттери жакшы селективдүүлүккө жана H2ге жогорку сезгичтикке ээ экендигин көрсөттү.Мындай жүрүм-турум, H атомдору ZnO нун O позицияларына оңой адсорбцияланышы мүмкүн, анткени Ндын s-орбиталы менен Онун p-орбиталынын ортосундагы күчтүү гибриддештирүү, бул ZnO120,121 металлдашуусуна алып келет.
H2, CO, NH3 жана H2S сыяктуу типтүү редукциялоочу газдар үчүн Co/Sn-10% динамикалык каршылык ийри сызыктары, б, с Co3O4/SnO2 композиттик сезгич механизм диаграммасы аз % м боюнча H2 үчүн.Co/Sn, df Co3O4 H2 жана CO, H2S жана NH3 жогорку Co/Sn/SnO2 курамы менен аныктоо механизми
Ошондуктан, биз ылайыктуу даярдоо ыкмаларын тандоо, композиттердин дан өлчөмүн азайтуу жана MOS композиттеринин молярдык катышын оптималдаштыруу аркылуу I типтеги сенсордун сезгичтигин жакшырта алабыз.Мындан тышкары, сезгич материалдын химиясын терең түшүнүү сенсордун селективдүүлүгүн дагы жогорулата алат.
II типтеги сенсор структуралары - бул ар кандай гетерогендүү наноструктуралык материалдарды, анын ичинде бир "мастер" наноматериалды жана экинчи, ал тургай үчүнчү наноматериалды колдоно ала турган дагы бир популярдуу сенсор структурасы.Мисалы, нанобөлүкчөлөр менен кооздолгон бир өлчөмдүү же эки өлчөмдүү материалдар, өзөктүү кабык (CS) жана көп катмарлуу гетеронаноструктуралуу материалдар II типтеги сенсордук структураларда көбүнчө колдонулат жана алар төмөндө кеңири талкууланат.
Биринчи гетеронаноструктуралык материал үчүн (декорацияланган гетеронаноструктура), 2b(1)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, сенсордун өткөргүч каналдары базалык материал менен туташтырылган.Гетероидукциялардын пайда болушуна байланыштуу модификацияланган нанобөлүкчөлөр газдын адсорбциясы же десорбциясы үчүн көбүрөөк реактивдүү сайттарды камсыздай алат, ошондой эле сезүү көрсөткүчтөрүн жакшыртуу үчүн катализаторлор катары да иштей алат109,122,123,124.Yuan et al.41 WO3 nanowires CeO2 nanodots менен кооздоп CeO2@WO3 heterointerface жана CeO2 бетинде көбүрөөк adsorbtion сайттарды камсыз кылуу жана ацетон менен реакция үчүн көбүрөөк химисорбцияланган кычкылтек түрлөрүн жаратышы мүмкүн экенин белгиледи.Гунаван жана башкалар.125. Бир өлчөмдүү Au@α-Fe2O3 негизиндеги ультра жогорку сезгичтүү ацетон сенсору сунушталган жана сенсордун сезгичтиги кычкылтек булагы катары O2 молекулаларынын активдешүүсүнөн башкарылаары байкалган.Au NPs болушу ацетондун кычкылданышы үчүн кычкылтек молекулаларынын решетка кычкылтекине диссоциацияланышына көмөктөшүүчү катализатор катары иштей алат.Ушундай эле натыйжаларды Чой жана башкалар да алышкан.9 мында Pt катализатору адсорбцияланган кычкылтек молекулаларын иондоштурулган кычкылтектин түрлөрүнө диссоциациялоо жана ацетонго сезгичтик реакциясын күчөтүү үчүн колдонулган.2017-жылы ошол эле изилдөө тобу 5126-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, биметаллдык нанобөлүкчөлөр катализде бир асыл металл нанобөлүкчөлөрүнө караганда алда канча натыйжалуу экенин көрсөттү. орточо өлчөмү 3 нм кем эмес.Андан кийин, электроспиннинг ыкмасын колдонуу менен, ацетонго же H2Sге сезгичтигин жана селективдүүлүгүн жогорулатуу үчүн PtM@WO3 нанобулалары алынган (сүрөт 5b-g).Жакында эле бир атомдук катализаторлор (САК) катализ жана газды анализдөө тармагында атомдорду жана туураланган электрондук түзүлүштөрдү колдонуунун максималдуу эффективдүүлүгүнөн улам эң сонун каталитикалык көрсөткүчтөрдү көрсөтүштү127,128.Шин жана башкалар.129 газды аныктоо үчүн Pt@MCN@SnO2 линия жипчелерин даярдоо үчүн химиялык булак катары Pt-SA анкердик көмүртек нитриди (MCN), SnCl2 жана PVP nanosheets колдонгон.Pt@MCN өтө төмөн (салмактын 0,13% дан 0,68 масса% га чейин) болгонуна карабастан, газ формальдегид Pt@MCN@SnO2 аныктоо көрсөткүчтөрү башка эталондук үлгүлөрдөн (таза SnO2, MCN@SnO2 жана Pt NPs@) жогору. SnO2)..Бул мыкты аныктоо көрсөткүчтөрү Pt SA катализаторунун максималдуу атомдук эффективдүүлүгүнө жана SnO2129 активдүү сайттарынын минималдуу камтылышына байланыштуу болушу мүмкүн.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) нанобөлүкчөлөрүн алуу үчүн апоферритин жүктөлгөн инкапсуляция ыкмасы;bd таза WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 жана Pt-NiO@WO3 нан талчаларынын динамикалык газга сезгич касиеттери;мисалы, PtPd@WO3, PtRn@WO3 жана Pt-NiO@WO3 нанофибер сенсорлорунун 1 ppm интерференцияланган газдын 126 тандоо касиеттерине негизделген.
Мындан тышкары, scaffold материалдары жана нанобөлүкчөлөр ортосунда түзүлгөн heterojunctions да натыйжалуу сенсор аткаруу130,131,132 жакшыртуу үчүн радиалдык модуляция механизми аркылуу өткөргүч каналдарды модуляциялай алат.fig боюнча.6а-сүрөттө газдарды азайтуу жана кычкылдандыруу үчүн таза SnO2 жана Cr2O3@SnO2 нано зымдарынын сенсордук мүнөздөмөлөрү жана тиешелүү сенсор механизмдери көрсөтүлгөн131.Таза SnO2 нано зымдарына салыштырмалуу, Cr2O3@SnO2 нано зымдарынын редукциялоочу газдарга реакциясы абдан жакшырган, ал эми кычкылдануучу газдарга реакциясы начарлайт.Бул кубулуштар SnO2 нано зымдарынын түзүлүүчү pn гетероолуусунун радиалдык багытындагы өткөргүч каналдарынын локалдык басаңдашы менен тыгыз байланышта.Сенсордун каршылыгын азайтуучу жана кычкылдандыруучу газдардын таасиринен кийин таза SnO2 нано зымдарынын бетиндеги EDL туурасын өзгөртүү менен жөн гана жөндөөгө болот.Бирок Cr2O3@SnO2 нано зымдары үчүн абадагы SnO2 нано зымдарынын баштапкы DEL деңгээли таза SnO2 нано зымдарына салыштырмалуу көбөйүп, гетероозумдун пайда болушунан өткөрүү каналы басылган.Ошондуктан, сенсор редукциялоочу газга дуушар болгондо, туткунга алынган электрондор SnO2 нано зымдарына чыгарылат жана EDL кескин азаят, натыйжада таза SnO2 нано зымдарына караганда сезгичтиги жогору болот.Тескерисинче, кычкылдануучу газга өткөндө, DEL кеңейүүсү чектелген, натыйжада сезгичтик төмөн болот.Окшош сенсордук жооп натыйжалары Choi ж.б., 133 тарабынан байкалган, анда p-түрү WO3 nanoparticles менен кооздолгон SnO2 nanowires газдарды азайтуу үчүн сезгич жооп кыйла жакшырды, ал эми n-жасалгаланган SnO2 сенсорлор кычкылдануучу газдарга сезгичтигин жакшыртты.TiO2 нанобөлүкчөлөрү (6б-сүрөт) 133. Бул натыйжа негизинен SnO2 жана MOS (TiO2 же WO3) нанобөлүкчөлөрүнүн ар кандай иш функцияларына байланыштуу.p-типтеги (n-тип) нанобөлүкчөлөрүндө алкактык материалдын өткөргүч каналы (SnO2) радиалдык багытта кеңейет (же жыйрылат), андан кийин калыбына келтирүү (же кычкылдануу) аракетинде андан ары кеңейет (же кыскартуу) газдын SnO2 өткөрүүчү каналынын – кабыргасы (6б-сүрөт).
LF MOS өзгөртүлгөн радиалдык модуляция механизми.таза SnO2 жана Cr2O3@SnO2 нано зымдарынын негизинде 10 ppm азайтуучу жана кычкылдандыруучу газдарга газ реакцияларынын кыскача баяндамасы жана тиешелүү сезгич механизмдин схемалык диаграммалары;жана WO3@SnO2 нанородаларынын тиешелүү схемалары жана аныктоо механизми133
Эки катмарлуу жана көп катмарлуу гетерструктуралык түзүлүштөрдө аппараттын өткөргүч каналында электроддор менен түз байланышта болгон катмар (көбүнчө төмөнкү катмар) үстөмдүк кылат, ал эми эки катмардын интерфейсинде пайда болгон гетероокшуу төмөнкү катмардын өткөргүчтүгүн башкара алат. .Демек, газдар үстүнкү катмар менен өз ара аракеттенгенде, алар төмөнкү катмардын өткөргүч каналдарына жана түзүлүштүн каршылыгына 134 олуттуу таасир этиши мүмкүн.Мисалы, Кумар жана башкалар.77 NH3 үчүн TiO2@NiO жана NiO@TiO2 кош катмарларынын карама-каршы жүрүм-турумун билдирди.Бул айырмачылык эки сенсордун өткөргүч каналдары ар кандай материалдардын катмарларында үстөмдүк кылгандыктан келип чыгат (тиешелүүлүгүнө жараша NiO жана TiO2), андан кийин негизги өткөргүч каналдардагы вариациялар ар кандай77.
Эки катмарлуу же көп катмарлуу гетеронаноструктуралар көбүнчө чачыратуу, атомдук катмардын чөктүрүлүшү (ALD) жана центрифугалоо жолу менен өндүрүлөт56,70,134,135,136.Пленканын калыңдыгы жана эки материалдын байланыш аянты жакшы көзөмөлдөнүшү мүмкүн.7а жана б фигуралары этанолду аныктоо үчүн чачыратуу жолу менен алынган NiO@SnO2 жана Ga2O3@WO3 нанофильмдерин көрсөтөт135,137.Бирок, бул ыкмалар жалпысынан жалпак пленкаларды чыгарат жана бул жалпак пленкалар 3D наноструктуралуу материалдарга караганда азыраак өзгөчө беттик аянты жана газ өткөргүчтүгү үчүн сезгич эмес.Ошондуктан, ар кандай иерархиялары бар эки катмарлуу пленкаларды жасоонун суюк фазалык стратегиясы, ошондой эле белгилүү бир беттин аянтын көбөйтүү аркылуу кабылдоочу аткарууну жакшыртуу үчүн сунушталган41,52,138.Zhu et al139 H2S аныктоо үчүн SnO2 nanowires (ZnO@SnO2 nanowires) үстүнөн жогорку тартипте ZnO nanowires өндүрүү үчүн чачыратуу жана гидротермикалык ыкмаларын айкалыштырган (сүрөт. 7c).Анын 1 промиллеге H2S реакциясы чачылган ZnO@SnO2 нанофильмдеринин негизиндеги сенсордукунан 1,6 эсе жогору.Лю жана башкалар.52 иерархиялык SnO2@NiO наноструктураларды даярдоо үчүн эки баскычтуу in situ химиялык чөкмө ыкмасын колдонуу менен жогорку натыйжалуулук H2S сенсор билдирди (сүрөт. 10d).Кадимки чачыраган SnO2@NiO кош катмарлуу пленкалар менен салыштырганда, SnO2@NiO иерархиялык кош кабаттуу структурасынын сезгичтик көрсөткүчү, беттин өзгөчө аянтынын көбөйүшүнө байланыштуу бир топ жакшырды52,137.
MOS негизинде эки катмар газ сенсору.этанолду аныктоо үчүн NiO@SnO2 нанофильми;137b Ga2O3@WO3 этанолду аныктоо үчүн нанофильм;H2S аныктоо үчүн 135c жогорку SnO2@ZnO эки кабаттуу иерархиялык түзүлүш;H2S52 аныктоо үчүн 139d SnO2@NiO эки катмарлуу иерархиялык түзүлүш.
Негизги гетеронаноструктураларга (CSHNs) негизделген II типтеги приборлордо сезүү механизми татаалыраак, анткени өткөргүч каналдар ички кабык менен чектелбейт.Өндүрүш жолу жана пакеттин калыңдыгы (hs) өткөргүч каналдардын жайгашкан жерин аныктай алат.Мисалы, ылдыйдан өйдө синтездөө ыкмаларын колдонууда өткөргүч каналдар адатта ички өзөк менен чектелет, ал түзүлүшү боюнча эки катмарлуу же көп катмарлуу түзүлүш структураларына окшош (сүр. 2б(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 өткөргүч канал борбордук бөлүгү менен чектелген α-Fe2O3 nanorods боюнча NiO же CuO NPs бир катмарын салуу менен CSHN NiO@α-Fe2O3 жана CuO@α-Fe2O3 алуу үчүн ылдыйдан өйдө мамиле билдирди.(нанороддор α-Fe2O3).Лю жана башкалар.142 ошондой эле CSHN TiO2 @ Si негизги бөлүгүнө өткөрүүчү каналды чектөөгө жетишти, кремний нано зымдарынын даярдалган массивдерине TiO2 коюу менен.Демек, анын сезүү жүрүм-туруму (p-тип же n-тип) кремний нано зымынын жарым өткөргүч түрүнө гана көз каранды.
Бирок, көпчүлүк билдирилген CSHN негизиндеги сенсорлор (сүрөт. 2b(4)) синтезделген CS материалынын порошокторун чиптерге өткөрүү жолу менен жасалган.Бул учурда датчиктин өткөрүү жолуна корпустун калыңдыгы (hs) таасир этет.Кимдин тобу газды аныктоонун натыйжалуулугуна hs таасирин изилдеп, мүмкүн болуучу аныктоо механизмин сунуштады100,112,145,146,147,148. Бул структуранын сезүү механизмине эки фактор көмөктөшөт деп ишенишет: (1) кабыкчанын EDL радиалдык модуляциясы жана (2) электр талаасынын булгануу эффектиси (8-сүрөт) 145. Изилдөөчүлөр өткөргүч канал экенин белгилешти. алып жүрүүчүлөрдүн көпчүлүгү кабык катмарынын hs > λD болгондо кабык катмары менен чектелет145. Бул структуранын сезүү механизмине эки фактор көмөктөшөт деп ишенишет: (1) кабыкчанын EDL радиалдык модуляциясы жана (2) электр талаасынын булгануу эффектиси (8-сүрөт) 145. Изилдөөчүлөр өткөргүч канал экенин белгилешти. алып жүрүүчүлөрдүн көпчүлүгү кабык катмарынын hs > λD болгондо кабык катмары менен чектелет145. Считается, что в механизме восприятия этой структурасы эки фактордун таасири: (1) радиалдык модуляция ДЭС оболочки жана (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. λD оболочки145. Бул структураны кабыл алуу механизмине эки фактор катышат деп эсептелет: (1) кабыкчанын EDL радиалдык модуляциясы жана (2) электр талаасын бүдөмүктөө эффекти (8-сүрөт) 145. Изилдөөчүлөр белгилегендей, алып жүрүүчү өткөргүч канал негизинен hs > λD кабыктары145 болгондо кабык менен чектелет.Бул түзүмдүн аныктоо механизмине эки фактор көмөктөшөт деп ишенишет: (1) кабыкчанын DEL радиалдык модуляциясы жана (2) электр талаасынын мазутунун эффектиси (8-сүрөт) 145.研究人员提到传导通道当壳层的hs > λD145 时，载流子的数量主要局限于。屳 > λD145 时，载流子的数量主要局限于壳层。 Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителей в основном ограничено оболочкой. Окумуштуулар өткөрүүчү канал Качан hs > λD145 кабыкча, ташыгычтардын саны негизинен кабык менен чектелет деп белгилешти.Демек, сенсордун резистивдүү модуляциясында CSHN негизинде капталган DEL радиалдык модуляциясы басымдуулук кылат (8а-сүрөт).Бирок, кабыкчанын hs ≤ λD жеринде кабык менен адсорбцияланган кычкылтек бөлүкчөлөрү жана CS гетероолуусунда пайда болгон гетероолуу электрондордон толук түгөнүп калат. Демек, өткөргүч канал кабык катмарынын ичинде гана эмес, жарым-жартылай өзөк бөлүгүндө да жайгашкан, айрыкча, кабык катмарынын hs < λD. Демек, өткөргүч канал кабык катмарынын ичинде гана эмес, жарым-жартылай өзөк бөлүгүндө да жайгашкан, айрыкча, кабык катмарынын hs < λD. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, бирок и частично в сердцевинной части, особенно при hs < λD оболочечного слоя. Демек, өткөргүч канал кабык катмарынын ичинде гана эмес, жарым-жартылай өзөк бөлүгүндө, өзгөчө кабык катмарынын hs < λD жеринде жайгашкан.因此，传导通道不仅位于壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳Dhs层 hs < λD 时。 Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, бирок и частично в сердцевине, особенно при hs < λD оболочки. Демек, өткөргүч канал кабыкчанын ичинде гана эмес, жарым-жартылай өзөктө да, өзгөчө кабыкчанын hs < λD жеринде жайгашкан.Бул учурда, толук түгөнгөн электрон кабыкчасы да, жарым-жартылай түгөнгөн өзөк катмары да бүт CSHN каршылыгын модуляциялоого жардам берет, натыйжада электр талаасынын куйрук эффектиси пайда болот (8б-сүрөт).Кээ бир башка изилдөөлөр hs эффектин талдоо үчүн электр талаасынын куйругунун ордуна EDL көлөмдүк бөлчөк түшүнүгүн колдонушкан100,148.Бул эки салымды эске алуу менен, CSHN каршылыгынын жалпы модуляциясы 8c-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, hs λD кабыкчасына салыштырылганда эң чоң мааниге жетет.Демек, CSHN үчүн оптималдуу hs λD кабыкчасына жакын болушу мүмкүн, ал эксперименттик байкоолорго ылайык келет99,144,145,146,149.Бир нече изилдөөлөр көрсөткөндөй, hs CSHN негизиндеги pn-гетероолуу сенсорлорунун сезгичтигине да таасир этиши мүмкүн40,148.Ли жана башкалар.148 жана Бай жана башкалар.40 каптоо ALD циклин өзгөртүү менен, мисалы, TiO2@CuO жана ZnO@NiO сыяктуу pn-гетерожундук CSHN сенсорлорунун иштөөсүнө hs таасирин системалуу түрдө изилдеген.Натыйжада, сезүү жүрүм-турум hs40,148 жогорулатуу менен p-түрү n-түрү өзгөрдү.Бул жүрүм-турум башында (ALD циклдеринин чектелген саны менен) гетерструктураларды модификацияланган гетеронаноструктуралар катары кароого боло тургандыгы менен шартталган.Ошентип, өткөрүүчү канал өзөк катмары (p-түрү MOSFET) менен чектелет жана сенсор p-түрү аныктоо жүрүм-турумун көрсөтөт.ALD циклдарынын саны көбөйгөн сайын каптоочу катмар (n-типтеги MOSFET) квази-үзгүлтүксүз болуп, өткөргүч каналдын ролун аткарат, натыйжада n-типтүү сезгичтик пайда болот.Окшош сезүү өтүү жүрүм-туруму pn бутактанган heteronanostructures 150,151 үчүн билдирди.Чжоу жана башкалар.150 Mn3O4 nanowires бетинде Zn2SnO4 мазмунун көзөмөлдөө менен Zn2SnO4@Mn3O4 тармакталган гетеронаноструктуралардын сезгичтигин изилдеген.Mn3O4 бетинде Zn2SnO4 ядролору пайда болгондо p-түрүндөгү сезгичтик байкалган.Zn2SnO4 мазмунунун андан ары көбөйүшү менен, тармакталган Zn2SnO4@Mn3O4 гетеронаноструктураларына негизделген сенсор n-типтеги сенсордун жүрүм-турумуна өтөт.
CS нано зымдарынын эки функционалдуу сенсордук механизминин концептуалдык сыпаттамасы көрсөтүлгөн.a Электрону азайып кеткен кабыктардын радиалдык модуляциясынын эсебинен каршылыктын модуляциясы, b каршылыктын модуляциясына майлануунун терс таасири жана c эки эффекттин айкалышынан улам CS нано зымдарынын жалпы каршылык модуляциясы 40
Жыйынтыктап айтканда, II типтеги сенсорлор көптөгөн ар түрдүү иерархиялык наноструктураларды камтыйт жана сенсордун иштеши өткөргүч каналдардын жайгашуусунан көз каранды.Ошондуктан, сенсордун өткөрүү каналынын абалын көзөмөлдөө жана II типтеги сенсорлордун кеңейтилген сезүү механизмин изилдөө үчүн ылайыктуу гетеронаноструктуралуу MOS моделин колдонуу абдан маанилүү.
III типтеги сенсордук түзүлүштөр өтө кеңири таралган эмес жана өткөргүч канал тиешелүүлүгүнө жараша эки электродго туташтырылган эки жарым өткөргүчтүн ортосунда пайда болгон гетерокондукцияга негизделген.Уникалдуу түзүлүш структуралары, адатта, micromachining ыкмалары аркылуу алынат жана алардын сезүү механизмдери мурунку эки сенсордук структуралардан абдан айырмаланат.III типтеги сенсордун IV ийри сызыгы, адатта, гетероолуу түзүлүшүнө байланыштуу типтүү ректификациялык мүнөздөмөлөрдү көрсөтөт48,152,153.Идеалдуу гетероолуунун I–V мүнөздүү ийри сызыгын гетероолуу тосмосунун бийиктиги боюнча электрон эмиссиясынын термиондук механизми менен сүрөттөөгө болот152,154,155.
мында Va - ийкемдүү чыңалуу, А - түзүлүштүн аянты, k - Больцман туруктуулугу, T - абсолюттук температура, q - алып жүрүүчү заряд, Jn жана Jp - тиешелүүлүгүнө жараша тешик жана электрон диффузиялык токтун тыгыздыгы.IS төмөнкүдөй аныкталган тескери каныккан токту билдирет: 152,154,155
Демек, pn гетероошуусунун жалпы току заряд алып жүрүүчүлөрдүн концентрациясынын өзгөрүшүнө жана (3) жана (4) 156 теңдемелерде көрсөтүлгөндөй, гетероолуу тосмосунун бийиктигинин өзгөрүшүнө көз каранды.
мында nn0 жана pp0 - n-типтеги (p-тип) MOSдагы электрондордун (тешиктердин) концентрациясы, \(V_{bi}^0\) - орнотулган потенциал, Dp (Dn) - диффузия коэффициенти электрондор (тешикчелер), Ln (Lp ) - электрондордун (тешиктердин) диффузия узундугу, ΔEv (ΔEc) - гетероошуудагы валенттүүлүк тилкесинин (өткөрүү зонасынын) энергетикалык жылышы.Токтун тыгыздыгы алып жүрүүчүнүн тыгыздыгына пропорционал болсо да, ал \(V_{bi}^0\) ге экспоненциалдык тескери пропорционал.Демек, токтун тыгыздыгынын жалпы өзгөрүшү гетероолуу тосмонун бийиктигинин модуляциясына катуу көз каранды.
Жогоруда айтылгандай, гетеро-наноструктуралуу MOSFETтерди түзүү (мисалы, I жана II типтеги түзүлүштөр) айрым компоненттердин ордуна сенсордун иштешин бир топ жакшыртат.Ал эми III типтеги түзүлүштөр үчүн гетеронаноструктуралык жооп материалдын химиялык курамына жараша эки компоненттен48,153 же бир компоненттен76 жогору болушу мүмкүн.Бир нече отчеттор көрсөткөндөй, гетеронаноструктуралардын жообу, компоненттердин бири максаттуу газга сезимтал болгондо, бир компонентке караганда алда канча жогору болот48,75,76,153.Бул учурда максаттуу газ сезгич катмар менен гана өз ара аракеттенип, сезгич катмардын Ef жылышына жана гетероошуу тосмосунун бийиктигинин өзгөрүшүнө алып келет.Ошондо прибордун жалпы току бир кыйла өзгөрөт, анткени ал теңдемеге ылайык гетероошуу тосмосунун бийиктигине тескери байланыштуу.(3) жана (4) 48,76,153.Бирок, n-тип жана p-түрү компоненттери максаттуу газга сезгич болгондо, аныктоо көрсөткүчтөрү ортосунда болушу мүмкүн.José et al.76 чачыратуу жолу менен тешиктүү NiO/SnO2 пленкасы NO2 сенсорун өндүргөн жана сенсордун сезгичтиги NiO негизиндеги сенсордукунан жогору, бирок SnO2 негизиндеги сенсордукунан төмөн экенин аныкташкан.сенсор.Бул кубулуш SnO2 жана NiO NO276га карама-каршы реакцияларды көрсөткөндүгүнө байланыштуу.Ошондой эле, эки компоненттин газ сезгичтиги ар кандай болгондуктан, алар кычкылдануучу жана азайтуучу газдарды аныктоого бирдей тенденцияга ээ болушу мүмкүн.Мисалы, Квон жана башкалар.157 9a-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, NiO/SnO2 pn-heterojunction газ сенсорун кыйгач чачыратуу менен сунуш кылган.Кызыктуусу, NiO/SnO2 pn-гетерекоюндук сенсор H2 жана NO2 үчүн бирдей сезгичтик тенденциясын көрсөткөн (сүрөт 9a).Бул натыйжаны чечүү үчүн, Kwon et al.157 системалуу түрдө NO2 жана H2 алып жүрүүчүнүн концентрациясын кандайча өзгөртөрүн изилдеп, эки материалдын тең \(V_{bi}^0\) IV-мүнөздөмөлөрү жана компьютердик симуляциялар аркылуу туураланган (сүрөт 9bd).9b жана c сүрөттөрү H2 жана NO2нин p-NiO (pp0) жана n-SnO2 (nn0) негизинде датчиктердин алып жүрүүчү тыгыздыгын өзгөртүүгө жөндөмдүүлүгүн көрсөтөт.Алар p-түрүндөгү NiO pp0 NO2 чөйрөсүндө бир аз өзгөргөнүн, ал эми Н2 чөйрөсүндө кескин өзгөргөнүн көрсөтүштү (9б-сүрөт).Бирок n-типтеги SnO2 үчүн nn0 тескери иш кылат (9c-сүрөт).Бул жыйынтыктарга таянып, авторлор NiO/SnO2 pn гетероокшуусунун негизинде сенсорго H2 колдонулганда, nn0 көбөйүшү Jn көбөйүшүнө алып келди, ал эми \(V_{bi}^0\) жооптун төмөндөшү (сүрөт 9d).NO2 таасиринен кийин SnO2деги nn0 чоң төмөндөшү да, NiOдагы pp0 бир аз жогорулашы да \(V_{bi}^0\) чоң төмөндөшүнө алып келет, бул сезүү реакциясынын жогорулашын камсыздайт (сүр. 9d). ) 157 Жыйынтыктап айтканда, алып жүрүүчүлөрдүн концентрациясынын өзгөрүшү жана \(V_{bi}^0\) жалпы токтун өзгөрүшүнө алып келет, бул андан ары аныктоо жөндөмүнө таасирин тийгизет.
Газ сенсорунун сезгич механизми III типтеги түзүлүштүн түзүлүшүнө негизделген.Электрондук микроскопиялык сканерлөө (SEM) кесилишинин сүрөттөрү, p-NiO / n-SnO2 nanocoil аппараты жана p-NiO / n-SnO2 nanocoil heterojunction сенсорунун 200 ° C боюнча H2 жана NO2 үчүн сенсор касиеттери;b , c-түзмөктүн кесилишинин SEM жана p-NiO b-катмары жана n-SnO2 c-кабаты бар түзүлүштүн моделдөө натыйжалары.b p-NiO сенсору жана c n-SnO2 сенсору кургак абада жана H2 жана NO2 таасиринен кийин I–V мүнөздөмөлөрүн өлчөйт жана дал келет.p-NiOдагы b-тешиктердин тыгыздыгынын эки өлчөмдүү картасы жана түстүү шкала менен n-SnO2 катмарындагы c-электрондорунун картасы Sentaurus TCAD программасынын жардамы менен моделдешти.d Кургак абада p-NiO/n-SnO2, чөйрөдө H2 жана NO2157 3D картасын көрсөткөн симуляциянын натыйжалары.
Материалдын өзүнүн химиялык касиеттеринен тышкары, III типтеги түзүлүштүн түзүлүшү I жана II типтеги приборлордо мүмкүн эмес, өз алдынча иштеген газ датчиктерин түзүү мүмкүнчүлүгүн көрсөтөт.Аларга мүнөздүү электр талаасы (BEF) болгондуктан, pn гетероконструкциялуу диоддук структуралар көбүнчө фотоэлектрдик түзүлүштөрдү куруу үчүн колдонулат жана жарыктандыруу астында бөлмө температурасында өз алдынча иштеген фотоэлектрдик газ датчиктерин жасоо мүмкүнчүлүгүн көрсөтөт74,158,159,160,161.Гетероинтерфейстеги BEF материалдардын Ферми деңгээлдеринин айырмасынан келип чыккан, ошондой эле электрон-тешик түгөйлөрүнүн бөлүнүшүнө өбөлгө түзөт.Өз алдынча иштеген фотоэлектрдик газ сенсорунун артыкчылыгы анын энергияны аз сарптоосу болуп саналат, анткени ал жарык берүүчү жарыктын энергиясын өзүнө сиңирип, андан кийин тышкы энергия булагына муктаж болбостон өзүн же башка миниатюралык түзүлүштөрдү башкара алат.Мисалы, Tanuma жана Sugiyama162 SnO2 негизиндеги поликристаллдуу CO2 сенсорлорун активдештирүү үчүн күн клеткалары катары NiO/ZnO pn гетероконструкцияларын ойлоп табышты.Гад жана башкалар.74 10а сүрөттө көрсөтүлгөндөй, Si / ZnO@CdS pn heterojunction негизинде өзүн-өзү иштеген фотоэлектрдик газ сенсор билдирди.Vertically багытталган ZnO nanowires Si / ZnO pn heterojunctions түзүү p-түрү кремний субстраттарында түздөн-түз өстүрүлгөн.Андан кийин CdS нанобөлүкчөлөрү ZnO нано зымдарынын бетинде химиялык беттик модификациялоо жолу менен өзгөртүлгөн.fig боюнча.10a O2 жана этанол үчүн офф-лайн Si/ZnO@CdS сенсорунун жооп натыйжаларын көрсөтөт.Жарыктандырууда Si/ZnO гетероинтерфейсиндеги BEP учурунда электрон-тешик түгөйлөрүнүн бөлүнүшүнө байланыштуу ачык чынжырдагы чыңалуу (Voc) туташкан диоддордун санына жараша сызыктуу өсөт74,161.Voc теңдеме менен көрсөтүлүшү мүмкүн.(5) 156,
мында ND, NA жана Ni тиешелүүлүгүнө жараша донорлордун, акцепторлордун жана ички алып жүрүүчүлөрдүн концентрациясы, ал эми k, T жана q мурунку теңдемедегидей эле параметрлер.Кычкылдандыруучу газдардын таасири астында ZnO нано зымдарынан электрондорду бөлүп чыгарышат, бул \(N_D^{ZnO}\) жана Voc азайышына алып келет.Тескерисинче, газды азайтуу Voc көбөйүшүнө алып келди (сүрөт 10а).ZnOну CdS нанобөлүкчөлөрү менен кооздогондо, CdS нанобөлүкчөлөрүндөгү фотокозголгон электрондор ZnO өткөргүч тилкесине куюлат жана адсорбцияланган газ менен өз ара аракеттенишет, ошону менен кабыл алуунун эффективдүүлүгү жогорулайт74,160.Si / ZnO негизинде окшош өз алдынча иштеген фотоэлектрдик газ сенсору Hoffmann et al.160, 161 (сүр. 10б).Бул сенсор жумуш функциясын тууралоо үчүн амин-функционалдуу ZnO нанобөлүкчөлөрүнүн ([3-(2-аминоэтиламино) пропил]триметоксисилан) (амино-функционалдуу-SAM) жана тиолдун ((3-меркаптопропил) функционалдаштырылышынын линиясын колдонуу менен даярдалышы мүмкүн. NO2 (триметоксисилан) (тиол-функционалдуу-SAM)) тандап аныктоо үчүн максаттуу газдын (сүрөт 10b) 74,161.
III типтеги прибордун түзүлүшүнө негизделген өз алдынча иштеген фотоэлектрдик газ датчиги.Si/ZnO@CdS негизинде өз алдынча иштеген фотоэлектрдик газ сенсору, өзүн-өзү башкаруу механизми жана күн нурунун астында кычкылданган (O2) жана кыскартылган (1000 промилле этанол) газдарына жооп берүү;74b Si ZnO/ZnO сенсорлорунун негизинде өз алдынча иштеген фотоэлектрдик газ сенсору жана ZnO SAM терминалдык аминдер жана тиолдор менен функционализациялангандан кийин ар кандай газдарга жооп кайтаруу 161
Ошондуктан, III типтеги датчиктердин сезгич механизмин талкуулоодо гетероошуу тосмосунун бийиктигинин өзгөрүшүн жана газдын алып жүрүүчү концентрацияга таасир этүү жөндөмдүүлүгүн аныктоо маанилүү.Мындан тышкары, жарыктандыруу газдар менен реакцияга кирүүчү фотогенерациялык алып жүрүүчүлөрдү жаратышы мүмкүн, бул өз алдынча иштеген газды аныктоо үчүн келечектүү.
Бул адабияттарды кароодо талкуулангандай, көптөгөн ар кандай MOS гетеронаноструктуралары сенсордун иштешин жакшыртуу үчүн иштелип чыккан.Web of Science маалымат базасынан ар кандай ачкыч сөздөр (металл оксидинин композиттери, өзөктүү металл оксиддери, катмарлуу металл оксиддери жана өз алдынча иштеген газ анализаторлору), ошондой эле айырмалоочу мүнөздөмөлөр (көпчүлүк, сезгичтик/тандоочулук, электр энергиясын өндүрүү потенциалы, өндүрүш) изделген. .Метод Бул үч аппараттын үчөөсүнүн мүнөздөмөлөрү 2-таблицада көрсөтүлгөн. Жогорку өндүрүмдүүлүктөгү газ сенсорлорунун жалпы дизайн концепциясы Yamazoe тарабынан сунушталган үч негизги факторду талдоо аркылуу талкууланат.MOS гетероструктуралык сенсорлорунун механизмдери Газ сенсорлоруна таасир этүүчү факторлорду түшүнүү үчүн MOSтун ар кандай параметрлери (мисалы, дан өлчөмү, иштөө температурасы, кемтик жана кычкылтек боштук тыгыздыгы, ачык кристаллдык тегиздиктер) кылдат изилденген.Сенсордун сезгич жүрүм-туруму үчүн да маанилүү болгон түзүлүш түзүлүшү көңүл бурулбай калган жана сейрек талкууланган.Бул карап чыгуу түзмөк структурасынын үч типтүү түрүн аныктоо үчүн негизги механизмдерин талкуулайт.
I типтеги сенсордогу сезгич материалдын бүртүкчөлөрүнүн өлчөмү, даярдоо ыкмасы жана гетероконференциялардын саны сенсордун сезгичтигине чоң таасир этиши мүмкүн.Мындан тышкары, сенсордун жүрүм-турумуна компоненттердин молярдык катышы да таасир этет.II типтеги түзүлүш структуралары (декоративдик гетеронаноструктуралар, эки же көп катмарлуу пленкалар, HSSNs) эки же андан көп компоненттерден турган эң популярдуу түзүлүш структуралары болуп саналат жана электродго бир гана компонент туташтырылган.Бул түзүлүш структурасы үчүн өткөргүч каналдардын ордун жана алардын салыштырмалуу өзгөрүүлөрүн аныктоо кабылдоо механизмин изилдөөдө абдан маанилүү.II типтеги түзүлүштөр көптөгөн ар түрдүү иерархиялык гетеронаноструктураларды камтыгандыктан, көптөгөн ар кандай сезүү механизмдери сунушталган.III типтеги сезүү түзүлүшүндө өткөргүч каналда гетероошууда пайда болгон гетероолуу үстөмдүк кылып, кабыл алуу механизми такыр башка.Демек, III типтеги датчиктин максаттуу газына тийгенден кийин гетероошуу тосмосунун бийиктигинин өзгөрүшүн аныктоо маанилүү.Бул долбоор менен, электр энергиясын керектөөнү азайтуу үчүн өз алдынча иштеген фотоэлектрдик газ сенсорлору жасалышы мүмкүн.Бирок, азыркы даярдоо процесси кыйла татаал жана сезгичтиги салттуу MOS негизиндеги химиялык резистивдүү газ сенсорлорунан алда канча төмөн болгондуктан, өз алдынча иштеген газ сенсорлорун изилдөөдө дагы эле көп жылыштар бар.
иерархиялык гетеронаноструктуралары менен газ MOS сенсорлордун негизги артыкчылыктары ылдамдыгы жана жогорку сезгичтиги болуп саналат.Бирок, MOS газ сенсорлорунун кээ бир негизги көйгөйлөрү (мисалы, жогорку иштөө температурасы, узак мөөнөттүү туруктуулук, начар тандоо жана кайра жаралуу, нымдуулук таасирлери ж.б.) дагы эле бар жана аларды практикалык колдонмолордо колдонуудан мурун чечүү керек.Заманбап MOS газ сенсорлору, адатта, жогорку температурада иштейт жана сенсордун узак мөөнөттүү туруктуулугуна таасир этүүчү көп энергияны керектейт.Бул маселени чечүү үчүн эки жалпы ыкмалар бар: (1) аз кубаттуулуктагы сенсор микросхемаларын иштеп чыгуу;(2) төмөн температурада же ал тургай бөлмө температурасында иштей ала турган жаңы сезгич материалдарды иштеп чыгуу.Төмөн кубаттуулуктагы сенсор микросхемаларын өнүктүрүүнүн бир ыкмасы керамика жана кремний163 негизинде микрожылытуучу плиталарды жасоо аркылуу сенсордун өлчөмүн минималдаштыруу болуп саналат.Керамикалык негиздеги микро жылытуу плиталары бир сенсор үчүн болжол менен 50–70 мВ керектейт, ал эми кремний негизиндеги оптималдаштырылган микро жылытуу плиталары 300 °Cде тынымсыз иштегенде бир сенсор үчүн 2 мВт чейин аз сарпташы мүмкүн163,164.Жаңы сезүүчү материалдарды иштеп чыгуу иштөө температурасын төмөндөтүү аркылуу электр энергиясын керектөөнүн натыйжалуу жолу болуп саналат, ошондой эле сенсордун туруктуулугун жакшыртат.Сенсордун сезгичтигин жогорулатуу үчүн MOS өлчөмүн кичирейтүү улантылып жаткандыктан, MOSтун жылуулук туруктуулугу көбүрөөк кыйынчылык жаратат, бул сенсордун сигналында дрейфке алып келиши мүмкүн165.Мындан тышкары, жогорку температура гетероинтерфейстеги материалдардын диффузиясына жана сенсордун электрондук касиеттерине таасир этүүчү аралаш фазалардын пайда болушуна өбөлгө түзөт.Окумуштуулар сенсордун оптималдуу иштөө температурасын ылайыктуу сезгич материалдарды тандоо жана MOS гетеронаноструктураларын иштеп чыгуу менен азайтса болот деп билдиришет.Жогорку кристаллдык MOS гетеронаноструктураларын жасоо үчүн төмөнкү температуралык ыкманы издөө туруктуулукту жакшыртуу үчүн дагы бир келечектүү ыкма болуп саналат.
MOS сенсорлорунун селективдүүлүгү дагы бир практикалык маселе, анткени ар кандай газдар максаттуу газ менен бирге жашайт, ал эми MOS сенсорлору көбүнчө бирден ашык газга сезгич жана көбүнчө кайчылаш сезгичтикти көрсөтөт.Ошондуктан, сенсордун максаттуу газга, ошондой эле башка газдарга тандоо жөндөмдүүлүгүн жогорулатуу практикалык колдонуу үчүн абдан маанилүү.Акыркы бир нече ондогон жылдар бою тандоо жарым-жартылай "электрондук мурундар (E-мурун)" деп аталган газ сенсорлорунун массивдерин куруу менен чечилди, мисалы, окутуу векторунун кванттоосу (LVQ), негизги компоненттердин анализи (PCA), ж.б. д.Сексуалдык көйгөйлөр.Жарым-жартылай эң кичине квадраттар (PLS) ж.б. 31, 32, 33, 34. Электрондук мурундардын жөндөмдүүлүгүн жакшыртуу үчүн эки негизги фактор (сезүүчү материалдын түрүнө тыгыз байланышкан сенсорлордун саны жана эсептөө анализи) абдан маанилүү. газдарды аныктоо үчүн169.Бирок, сенсорлордун санын көбөйтүү, адатта, көптөгөн татаал өндүрүш процесстерин талап кылат, ошондуктан электрондук мурундун иштешин жакшыртуу үчүн жөнөкөй ыкманы табуу абдан маанилүү.Мындан тышкары, башка материалдар менен MOS өзгөртүү, ошондой эле сенсордун тандоо жогорулатууга болот.Мисалы, NP Pd менен модификацияланган МОСтун жакшы каталитикалык активдүүлүгүнүн аркасында Н2 тандалма аныктоосуна жетишүүгө болот.Акыркы жылдары, кээ бир изилдөөчүлөр MOS MOF бетин капталган өлчөмү exclusion171,172 аркылуу сенсор тандоону жакшыртуу.Бул иш менен шыктанган материалды функционалдаштыруу кандайдыр бир жол менен тандап алуу маселесин чечиши мүмкүн.Бирок, туура материалды тандоодо дагы эле көп иштер жасалышы керек.
Ошол эле шарттарда жана методдордо өндүрүлгөн сенсорлордун мүнөздөмөлөрүнүн кайталануу мүмкүнчүлүгү ири өндүрүш жана практикалык колдонуу үчүн дагы бир маанилүү талап болуп саналат.Адатта, центрифугалоо жана чумкутуу ыкмалары жогорку өткөрүмдүүлүктөгү газ сенсорлорун жасоо үчүн арзан баадагы ыкмалар болуп саналат.Бирок, бул процесстердин жүрүшүндө сезгич материал топтоо тенденциясына ээ болуп, сезгич материал менен субстраттын ортосундагы мамиле алсыз болуп калат68, 138, 168. Натыйжада, сенсордун сезгичтиги жана туруктуулугу бир топ начарлап, аткаруу кайталануучу болуп калат.Чачыратуу, ALD, импульстүү лазердик чөкмө (PLD) жана физикалык буу катмары (PVD) сыяктуу даярдоонун башка ыкмалары эки катмарлуу же көп катмарлуу MOS пленкаларын түздөн-түз үлгүдөгү кремний же глинозем субстраттарында өндүрүүгө мүмкүндүк берет.Бул ыкмалар сезгич материалдардын топтолушуна жол бербейт, сенсорлордун кайталанышын камсыздайт жана тегиз жука пленкалуу сенсорлорду масштабдуу өндүрүүнүн максатка ылайыктуулугун көрсөтөт.Бирок, бул жалпак пленкалардын сезгичтиги жалпысынан 3D наноструктуралуу материалдарга караганда бир топ төмөн, анткени алардын бетинин кичинекей аянты жана газ өткөрүмдүүлүгү төмөн41,174.Структураланган микроэлементтердин белгилүү бир жерлеринде MOS гетеронаноструктураларын өстүрүү жана сезгич материалдардын өлчөмүн, калыңдыгын жана морфологиясын так көзөмөлдөө боюнча жаңы стратегиялар репродукциялуулугу жана сезгичтиги жогору пластинка деңгээлиндеги сенсорлорду арзан баада жасоо үчүн абдан маанилүү.Мисалы, Лю жана башкалар.174 белгилүү бир жерлерде Ni (OH) 2 нановакалдарын өстүрүү аркылуу жогорку өтүмдүү кристаллиттерди даярдоо үчүн жогорудан ылдый жана ылдыйдан өйдө карай бириктирилген стратегияны сунуш кылган..Микробротондор үчүн вафли.
Мындан тышкары, практикалык колдонмолордо нымдуулуктун сенсорго тийгизген таасирин эске алуу да маанилүү.Суу молекулалары кычкылтек молекулалары менен сенсордук материалдардагы адсорбциялоо жерлери үчүн атаандаша алат жана сенсордун максаттуу газ үчүн жоопкерчилигине таасирин тийгизет.Кычкылтек сыяктуу, суу да физикалык сорбция аркылуу молекуланын ролун аткарат, ошондой эле химисорбция аркылуу ар кандай кычкылдануу станцияларында гидроксилдик радикалдар же гидроксил топтору түрүндө болушу мүмкүн.Мындан тышкары, айлана-чөйрөнүн жогорку деңгээли жана өзгөрүлмө нымдуулугуна байланыштуу, сенсордун максаттуу газга ишенимдүү реакциясы чоң көйгөй болуп саналат.Бул көйгөйдү чечүү үчүн газды алдын ала концентрациялоо177, нымдуулукту компенсациялоо жана кайчылаш реактивдүү тор ыкмалары178, ошондой эле кургатуу ыкмалары179,180 сыяктуу бир нече стратегиялар иштелип чыккан.Бирок, бул ыкмалар кымбат, татаал жана сенсордун сезгичтигин азайтат.Нымдуулуктун таасирин басуу үчүн бир нече арзан стратегиялар сунушталды.Мисалы, SnO2ди Pd нанобөлүкчөлөрү менен кооздоо адсорбцияланган кычкылтектин аниондук бөлүкчөлөргө айланышына өбөлгө түзөт, ал эми SnO2ди NiO жана CuO сыяктуу суу молекулаларына жогорку жакындыгы бар материалдар менен функционализациялоо суунун молекулаларына нымдуулуктун көз карандылыгын алдын алуунун эки жолу болуп саналат..Сенсорлор 181, 182, 183. Мындан тышкары, нымдуулуктун эффекти гидрофобдук беттерди түзүү үчүн гидрофобдук материалдарды колдонуу менен да азайтылышы мүмкүн36,138,184,185.Бирок, нымга чыдамдуу газ сенсорлорун иштеп чыгуу али баштапкы этапта турат жана бул маселелерди чечүү үчүн дагы өнүккөн стратегиялар талап кылынат.
Жыйынтыктап айтканда, MOS гетеронаноструктураларын түзүү аркылуу аныктоонун натыйжалуулугун жакшыртууга (мисалы, сезгичтик, селективдүүлүк, оптималдуу иштөө температурасынын төмөндүгү) жетишилди жана ар кандай өркүндөтүлгөн аныктоо механизмдери сунушталды.Белгилүү бир сенсордун сезүү механизмин изилдөөдө аппараттын геометриялык түзүлүшүн да эске алуу керек.Газ сенсорлорунун иштешин мындан ары жакшыртуу жана келечектеги көйгөйлөрдү чечүү үчүн жаңы сезүүчү материалдарды изилдөө жана өнүккөн өндүрүш стратегияларын изилдөө талап кылынат.Сенсордук мүнөздөмөлөрдү контролдонуучу жөндөө үчүн сенсордук материалдардын синтетикалык ыкмасы менен гетеронаноструктуралардын функциясынын ортосундагы байланышты системалуу түрдө куруу зарыл.Мындан тышкары, заманбап мүнөздөмө ыкмаларын колдонуу менен беттик реакцияларды жана гетероинтерфейстердеги өзгөрүүлөрдү изилдөө аларды кабыл алуу механизмдерин түшүндүрүүгө жардам берет жана гетеронаноструктуралуу материалдардын негизинде сенсорлорду иштеп чыгуу боюнча сунуштарды берет.Акыр-аягы, сенсорлорду жасоонун заманбап стратегияларын изилдөө алардын өнөр жайлык колдонмолору үчүн пластинка деңгээлинде миниатюралык газ сенсорлорун жасоого мүмкүндүк берет.
Genzel, NN et al.Шаар жеринде астма менен ооруган балдарда азот диоксидинин деңгээлин жана дем алуу симптомдорун узунунан изилдөө.кошуна колоң.Ден соолук көз карашы.116, 1428–1432 (2008).
Посттун убактысы: 2022-жылдын 4-ноябрына чейин
