Ташаккули сенсорҳои баландсифат, сайёр ва хурдтари газ дар соҳаҳои мониторинги муҳити зист, амният, ташхиси тиббӣ ва кишоварзӣ таваҷҷӯҳи бештар пайдо мекунад.Дар байни асбобҳои гуногуни муайянкунӣ, сенсорҳои гази химиявӣ-муқовимати металлӣ-оксиди нимноқил (MOS) аз сабаби устувории баланд, арзиши паст ва ҳассосияти баланд интихоби маъмултарин барои барномаҳои тиҷоратӣ мебошанд.Яке аз равишҳои муҳимтарини такмили минбаъдаи кори сенсор ин эҷоди гетероҷунбҳои наноандозаи MOS (MOS гетеро-наносструктурӣ) аз наноматериалҳои MOS мебошад.Бо вуҷуди ин, механизми ҳассосияти сенсори гетеронаноструктураи MOS аз механизми як сенсори гази MOS фарқ мекунад, зеро он хеле мураккаб аст.Ба кори сенсорҳо параметрҳои гуногун, аз ҷумла хосиятҳои физикӣ ва химиявии маводи ҳассос (ба монанди андозаи дона, зичии нуқсон ва холигии оксигени моддӣ), ҳарорати корӣ ва сохтори дастгоҳ таъсир мерасонанд.Ин барраси якчанд консепсияҳоро барои тарҳрезии сенсорҳои газии баландсифат тавассути таҳлили механизми ҳассосии сенсорҳои гетерогении наноструктураи MOS пешниҳод мекунад.Гайр аз ин, таъсири сохти геометрии дастгох, ки бо муносибати байни материали хассос ва электроди корй муайян карда мешавад, мухокима карда мешавад.Барои ба таври мунтазам омӯхтани рафтори сенсорӣ, ин мақола механизми умумии дарки се сохтори геометрии маъмулии дастгоҳҳоро дар асоси маводи гуногуни гетеронаноструктуравӣ муаррифӣ ва муҳокима мекунад.Ин шарҳ барои хонандагони оянда, ки механизмҳои ҳассоси сенсорҳои газро меомӯзанд ва сенсорҳои баландсифати газро таҳия мекунанд, ҳамчун дастур хидмат хоҳад кард.
Ифлосшавии ҳаво мушкилоти рӯзафзун ва мушкилоти ҷиддии экологии глобалӣ мебошад, ки ба некӯаҳволии одамон ва мавҷудоти зинда таҳдид мекунад.Нафаскашии моддаҳои ифлоскунандаи газ метавонад боиси мушкилоти зиёди саломатӣ, аз қабили бемориҳои роҳи нафас, саратони шуш, лейкемия ва ҳатто марги бармаҳал гардад1,2,3,4.Аз соли 2012 то 2016 гузориш шуда буд, ки миллионҳо нафар аз ифлосшавии ҳаво фавтиданд ва ҳамасола миллиардҳо нафар ба сифати пасти ҳаво дучор мешаванд5.Аз ин рӯ, таҳияи сенсорҳои сайёр ва хурди газ муҳим аст, ки метавонанд дар вақти воқеӣ фикру мулоҳиза ва иҷрои баланди ошкоркуниро таъмин кунанд (масалан, ҳассосият, интихобӣ, устуворӣ ва вақти вокуниш ва барқарорсозӣ).Илова ба мониторинги муҳити зист, сенсорҳои газ дар бехатарӣ6,7,8, ташхиси тиббӣ9,10, моҳипарварӣ11 ва дигар соҳаҳо12 нақши муҳим мебозанд.
То имрӯз якчанд сенсорҳои сайёри газ дар асоси механизмҳои гуногуни ҳассос ҷорӣ карда шудаанд, ба монанди оптикӣ13,14,15,16,17,18, электрохимиявӣ19,20,21,22 ва сенсорҳои муқовимати кимиёвӣ23,24.Дар байни онҳо сенсорҳои кимиёвии муқовимати металлӣ-оксиди нимноқилӣ (MOS) аз сабаби устувории баланд ва арзиши пасти худ дар барномаҳои тиҷоратӣ маъмултарин мебошанд25,26.Консентратсияи ифлоскунандаро танҳо тавассути муайян кардани тағирёбии муқовимати MOS муайян кардан мумкин аст.Дар ибтидои солҳои 1960-ум дар бораи аввалин сенсорҳои гази химиявӣ тобовар дар асоси плёнкаҳои тунуки ZnO гузориш дода шуд, ки дар соҳаи кашфи газ таваҷҷӯҳи зиёд ба вуҷуд овард27,28.Имрӯз, бисёр MOS-ҳои гуногун ҳамчун маводи ҳассос ба газ истифода мешаванд ва онҳоро аз рӯи хосиятҳои физикии худ ба ду категория тақсим кардан мумкин аст: n-намуди MOS бо электронҳо ҳамчун интиқолдиҳандагони заряди аксарият ва навъи p-MOS бо сӯрохиҳо ҳамчун интиқолдиҳандагони аксар заряд.интиқолдиҳандагони барқ.Умуман, навъи p-мОС нисбат ба навъи n-и MOS камтар маъмул аст, зеро вокуниши индуктивии навъи p-мОС (Sp) ба решаи квадратии навъи n-и MOS мутаносиб аст (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) бо хамин тахминхо (масалан, як хел сохтори морфологи ва як хел тагйир ёфтани хамшавии бандхо дар хаво) 29,30.Бо вуҷуди ин, сенсорҳои ягонаи MOS то ҳол бо мушкилоте дучор мешаванд, ба монанди маҳдудияти нокифояи ошкор, ҳассосияти паст ва интихобӣ дар барномаҳои амалӣ.Масъалаҳои интихобкуниро метавон то андозае тавассути эҷоди массивҳои сенсорҳо (бо номи “бинии электронӣ”) ва ворид кардани алгоритмҳои таҳлили ҳисоббарорӣ ба мисли квантизатсияи вектори омӯзишӣ (LVQ), таҳлили ҷузъҳои асосӣ (PCA) ва таҳлили қисман квадратҳои хурд (PLS) ҳал кард31 , 32, 33, 34, 35. Ба гайр аз ин, истехсоли наноматериалхои паст-ченакаи MOS32,36,37,38,39 (масалан, наноматериалхои якченака (1D), 0D ва 2D), инчунин истифодаи дигар наноматериалхо ( масалан, MOS40,41,42, нанозарраҳои металлии гаронбаҳо (NPs))43,44, наноматериалҳои карбон45,46 ва полимерҳои гузаронанда47,48) барои эҷоди гетероидҳои наномикёс (яъне, MOS гетеронаноструктурӣ) дигар равишҳои афзалиятнок барои ҳалли мушкилоти дар боло зикршуда мебошанд.Дар муқоиса бо филмҳои ғафси анъанавии MOS, MOS-и камҳаҷм бо масоҳати баланди мушаххас метавонад ҷойҳои фаъолтарро барои адсорбсияи газ таъмин кунад ва паҳншавии газро осон кунад36,37,49.Илова бар ин, тарҳрезии гетеронаноструктураҳои ба MOS асосёфта метавонад интиқоли интиқолдиҳандаро дар гетероинтерфейс боз ҳам танзим кунад, ки дар натиҷа муқовимат бо сабаби вазифаҳои гуногуни амалиётӣ тағироти калон ба вуҷуд меорад50,51,52.Илова бар ин, баъзе таъсироти кимиёвӣ (масалан, фаъолияти каталитикӣ ва реаксияҳои синергетикии рӯизаминӣ), ки дар тарҳрезии гетеронаноструктураҳои MOS ба вуҷуд меоянд, инчунин метавонанд кори сенсорҳоро беҳтар гардонанд.50,53,54 Ҳарчанд тарҳрезӣ ва сохтани гетеронаноструктураҳои MOS як равиши умедбахш барои беҳтар кардани беҳбудӣ хоҳад буд. иҷрои сенсор, санҷандаҳои муосири зидди химиявӣ маъмулан озмоиш ва хатогиро истифода мебаранд, ки вақтро сарф мекунад ва бесамар аст.Аз ин рӯ, фаҳмидани механизми ҳассосии сенсорҳои гази MOS муҳим аст, зеро он метавонад тарҳрезии сенсорҳои самти баландро роҳнамоӣ кунад.
Дар солҳои охир сенсорҳои гази MOS босуръат рушд карданд ва баъзе гузоришҳо дар бораи наноструктураи MOS55,56,57, сенсорҳои ҳарорати хонагӣ58,59, маводи махсуси сенсорҳои MOS60,61,62 ва сенсорҳои махсуси газ63 нашр шуданд.Ҳуҷҷати барраси дар Дигар Баррасиҳо ба равшан кардани механизми ҳассосии сенсорҳои газ дар асоси хосиятҳои физикӣ ва химиявии MOS, аз ҷумла нақши холигии оксиген 64, нақши гетеронаноструктураҳо 55, 65 ва интиқоли зарядҳо дар гетероинтерфейсҳо 66 равона шудааст. , бисёр параметрҳои дигар ба кори сенсор таъсир мерасонанд, аз ҷумла гетероструктура, андозаи дона, ҳарорати корӣ, зичии нуқсон, ҷойҳои холии оксиген ва ҳатто ҳавопаймоҳои булӯрии кушодаи маводи ҳассос25,67,68,69,70,71.72, 73. Бо вуҷуди ин, сохтори геометрии дастгоҳ (кам зикршуда), ки бо муносибати байни маводи ҳассос ва электроди корӣ муайян карда мешавад, инчунин ба ҳассосияти сенсор таъсир мерасонад74,75,76 (барои тафсилоти бештар ба фасли 3 нигаред) .Масалан, Кумар ва дигарон.77 ду сенсори газро дар асоси як мавод (масалан, сенсорҳои дуқабатаи газ дар асоси TiO2@NiO ва NiO@TiO2) гузориш доданд ва тағйироти гуногуни муқовимати гази NH3-ро аз сабаби геометрияҳои гуногуни дастгоҳ мушоҳида карданд.Бинобар ин, хангоми тахлили механизми газсанчи структураи дастгохро ба назар гирифтан зарур аст.Дар ин барраси, муаллифон ба механизмҳои муайянкунии MOS асосёфта барои наноструктураи гуногуни гетерогенӣ ва сохторҳои дастгоҳ тамаркуз мекунанд.Мо боварӣ дорем, ки ин барраси метавонад ҳамчун дастур барои хонандагоне, ки мехоҳанд механизмҳои муайянкунии газро фаҳманд ва таҳлил кунанд, хидмат кунад ва метавонад дар таҳияи сенсорҳои гази баландсифати оянда саҳм гузорад.
Дар расм.1а модели асосии механизми ҳассосии газро дар асоси як MOS нишон медиҳад.Ҳангоми баланд шудани ҳарорат, адсорбсияи молекулаҳои оксиген (O2) дар сатҳи MOS электронҳоро аз MOS ҷалб карда, намудҳои аниониро (ба монанди O2- ва O-) ба вуҷуд меоранд.Сипас, дар сатҳи MOS 15, 23, 78 қабати камшавии электронҳо (EDL) барои навъи n-и MOS ё қабати ҷамъшавии сӯрохҳо (HAL) барои навъи p-MOS ба вуҷуд меояд. Таъсири мутақобилаи байни O2 ва MOS боиси он мегардад, ки банди гузарониши сатҳи MOS ба боло хам шуда, монеаи эҳтимолиро ташкил медиҳад.Минбаъд, вақте ки сенсор ба гази мақсаднок дучор мешавад, гази дар сатҳи MOS адсорбшуда бо намудҳои оксигени ионӣ реаксия карда, ё электронҳоро ҷалб мекунад (газ оксидкунанда) ё электронҳо (газро кам мекунад).Интиқоли электронҳо байни гази мавриди ҳадаф ва MOS метавонад паҳнои EDL ё HAL30,81-ро танзим кунад, ки дар натиҷа муқовимати умумии сенсори MOS тағир меёбад.Масалан, барои гази коҳишдиҳанда, электронҳо аз гази коҳишдиҳанда ба MOS-и навъи n интиқол дода мешаванд, ки дар натиҷа EDL камтар ва муқовимати пасттар ба амал меояд, ки онро рафтори сенсори навъи n меноманд.Баръакс, вақте ки MOS-и навъи p ба гази коҳишдиҳанда дучор мешавад, ки рафтори ҳассосияти навъи p-ро муайян мекунад, HAL коҳиш меёбад ва муқовимат аз ҳисоби додани электронҳо меафзояд.Барои газҳои оксидкунанда, вокуниши сенсор ба коҳиши газҳо муқобил аст.
Механизмҳои асосии муайянкунии навъи n ва навъи P MOS барои коҳиш ва оксидкунандаи газҳо b Омилҳои асосӣ ва хосиятҳои физикӣ-химиявӣ ё моддӣ, ки дар сенсорҳои гази нимноқилӣ алоқаманданд 89
Ба ғайр аз механизми асосии муайянкунӣ, механизмҳои муайянкунии газ, ки дар сенсорҳои амалии газ истифода мешаванд, хеле мураккабанд.Масалан, истифодаи воқеии сенсори газ бояд ба бисёр талаботҳо (ба монанди ҳассосият, интихобӣ ва устуворӣ) вобаста ба ниёзҳои корбар ҷавобгӯ бошад.Ин талабот ба хосиятҳои физикӣ ва химиявии маводи ҳассос зич алоқаманданд.Масалан, Сю ва дигарон 71 нишон доданд, ки сенсорҳои асоси SnO2 ҳассосияти баландтаринро ба даст меоранд, вақте ки диаметри кристалл (d) ба дарозии Дебай (λD) аз SnO271 баробар ё камтар аз ду баробар аст.Вақте ки d ≤ 2λD, SnO2 пас аз адсорбсияи молекулаҳои О2 пурра тамом мешавад ва аксуламали сенсор ба гази коҳишдиҳанда ҳадди аксар аст.Илова бар ин, параметрҳои гуногуни дигар метавонанд ба кори сенсор таъсир расонанд, аз он ҷумла ҳарорати корӣ, нуқсонҳои кристалл ва ҳатто ҳавопаймоҳои кристалии ошкоршудаи маводи ҳассос.Аз љумла, таъсири њарорати корї бо раќобати имконпазири суръати адсорбсия ва десорбсияи гази маќсаднок, инчунин реактивии сатњи байни молекулањои гази адсорбшуда ва заррањои оксиген шарњ дода мешавад4,82.Таъсири нуқсонҳои кристаллӣ ба мундариҷаи ҷойҳои холии оксиген сахт алоқаманд аст [83, 84].Ба кори сенсор инчунин метавонад реактивии гуногуни чеҳраҳои кристалии кушода таъсир расонад67,85,86,87.Ҳавопаймоҳои кристалии кушода бо зичии камтар катионҳои металлии бештар ҳамоҳангнашудаи дорои энергияи баландро ошкор мекунанд, ки ба адсорбсияи сатҳ ва реактивӣ мусоидат мекунанд88.Љадвали 1 якчанд омилњои асосї ва механизмњои мукаммали дарккунии онњоро номбар мекунад.Аз ин рӯ, тавассути танзими ин параметрҳои моддӣ, иҷрои ошкоркуниро беҳтар кардан мумкин аст ва муайян кардани омилҳои калидӣ, ки ба кори сенсор таъсир мерасонанд, муҳим аст.
Yamazoe89 ва Shimanoe et al.68,71 оид ба механизми назариявии дарки сенсор як қатор таҳқиқот анҷом доданд ва се омили мустақили калидии таъсиррасониро ба иҷрои сенсорҳо пешниҳод карданд, махсусан вазифаи ретсептор, функсияи табдилдиҳанда ва фоида (расми 1б)..Функсияи ретсепторҳо ба қобилияти сатҳи MOS дар робита бо молекулаҳои газ дахл дорад.Ин функсия бо хосиятҳои химиявии MOS зич алоқаманд аст ва онро тавассути ворид кардани аксепторҳои хориҷӣ (масалан, NP-ҳои металлӣ ва дигар MOS) хеле беҳтар кардан мумкин аст.Функсияи табдилдиҳанда ба қобилияти табдил додани реаксияи байни газ ва сатҳи MOS ба сигнали электрикӣ, ки дар сарҳадҳои донаҳои MOS бартарӣ дорад, дахл дорад.Ҳамин тариқ, ба функсияи ҳассос аз андозаи зарраҳои MOC ва зичии ретсепторҳои хориҷӣ ба таври назаррас таъсир мерасонад.Katoch et al.90 гузориш доданд, ки камшавии андозаи донаи нанофибрилҳои ZnO-SnO2 боиси ташаккули гетерогунксияҳои сершумор ва баланд шудани ҳассосияти сенсорҳо гардид, ки бо функсияи трансдуктор мувофиқат мекунад.Ванг ва дигарон 91 андозаҳои гуногуни донаҳои Zn2GeO4-ро муқоиса карда, пас аз ҷорӣ кардани сарҳадҳои донагӣ 6,5 маротиба афзоиши ҳассосияти сенсорҳоро нишон доданд.Утилита як омили асосии иҷрои сенсор аст, ки мавҷудияти газро ба сохтори дохилии MOS тавсиф мекунад.Агар молекулаҳои газ нагузаранд ва бо MOS дохилӣ реаксия кунанд, ҳассосияти сенсор кам мешавад.Фоиданокӣ бо умқи диффузияи гази мушаххас, ки аз андозаи сӯрохии маводи ҳассос вобаста аст, зич алоқаманд аст.Сакай ва дигарон.92 ҳассосияти датчикро ба газҳои дудкаш модел кард ва муайян кард, ки ҳам вазни молекулавии газ ва ҳам радиуси сӯрохии мембранаи сенсор ба ҳассосияти датчик дар умқи диффузияи газ дар мембранаи сенсор таъсир мерасонанд.Муҳокимаи дар боло овардашуда нишон медиҳад, ки сенсорҳои баландсифати газро тавассути мувозинат ва оптимизатсияи функсияи ретсепторҳо, функсияи интиқолдиҳанда ва хидматрасонӣ таҳия кардан мумкин аст.
Кори дар боло овардашуда механизми асосии дарки як MOS-ро равшан мекунад ва якчанд омилҳоеро баррасӣ мекунад, ки ба кори MOS таъсир мерасонанд.Илова бар ин омилҳо, сенсорҳои газ дар асоси гетероструктураҳо метавонанд кори сенсорҳоро тавассути беҳтар кардани функсияҳои сенсор ва ретсепторҳо боз ҳам беҳтар созанд.Илова бар ин, гетеронаноструктураҳо метавонанд кори сенсорҳоро тавассути баланд бардоштани реаксияҳои каталитикӣ, танзими интиқоли зарядҳо ва эҷоди ҷойҳои бештари адсорбсия беҳтар созанд.То имрӯз, бисёр сенсорҳои газ дар асоси гетеронаноструктураҳои MOS барои муҳокимаи механизмҳои мукаммали ҳассос омӯхта шудаанд95,96,97.Миллер ва дигарон.55 якчанд механизмҳоро ҷамъбаст кардааст, ки эҳтимолан ҳассосияти гетеронаноструктураҳоро беҳтар мекунанд, аз ҷумла вобаста ба рӯи замин, интерфейс вобаста ва аз сохтор.Дар байни онҳо, механизми амплификатсияи вобаста ба интерфейс хеле мураккаб аст, ки тамоми таъсироти интерфейсро дар як назария фаро гирад, зеро сенсорҳои гуногун дар асоси маводи гетеронаноструктуравӣ (масалан, nn-гетероҷунбӣ, pn-гетероҷунбӣ, pp-гетероюнксия ва ғайра) метавонанд истифода шаванд. .гиреҳи Шоттки).Одатан, сенсорҳои гетеронаноструктурӣ дар асоси MOS ҳамеша ду ё зиёда механизмҳои пешрафтаи сенсориро дар бар мегиранд98,99,100.Таъсири синергетикии ин механизмҳои пурқувват метавонад қабул ва коркарди сигналҳои сенсориро афзоиш диҳад.Ҳамин тариқ, фаҳмидани механизми дарки сенсорҳо дар асоси маводи наноструктураи гетерогенӣ барои кӯмак ба муҳаққиқон дар таҳияи сенсорҳои газ аз поён мувофиқи ниёзҳои онҳо муҳим аст.Илова бар ин, сохтори геометрии дастгоҳ метавонад ба ҳассосияти датчикҳои 74, 75, 76 низ ба таври назаррас таъсир расонад. Барои ба таври мунтазам таҳлил кардани рафтори сенсор механизмҳои ҳассосии се сохтори дастгоҳ дар асоси маводи гуногуни гетеронаноструктуравӣ пешниҳод карда мешаванд. ва дар поён муҳокима карда мешавад.
Бо рушди босуръати сенсорҳои газ дар асоси MOS, MOS гуногуни гетеро-наноструктураи пешниҳод карда шуданд.Интиқоли заряд дар гетероинтерфейс аз сатҳҳои гуногуни Ферми (Ef) ҷузъҳо вобаста аст.Дар гетероинтерфейс электронҳо аз як тараф бо Ef калонтар ба тарафи дигар бо Ef хурдтар то ба мувозинат расидани сатҳҳои Ферми онҳо ҳаракат мекунанд ва сӯрохиҳо баръакс.Сипас интиқолдиҳандагон дар гетероинтерфейс тамом мешаванд ва як қабати харобшударо ташкил медиҳанд.Вақте ки сенсор ба гази мавриди ҳадаф дучор мешавад, консентратсияи интиқолдиҳандаи гетеронаноструктурашудаи MOS, инчунин баландии монеа тағир меёбад ва ба ин васила сигнали ошкоркуниро беҳтар мекунад.Илова бар ин, усулҳои гуногуни истеҳсоли гетеронаноструктураҳо ба муносибатҳои гуногуни байни маводҳо ва электродҳо оварда мерасонанд, ки ба геометрияҳои гуногуни дастгоҳ ва механизмҳои гуногуни ҳассос оварда мерасонанд.Дар ин барраси, мо се сохтори геометрии дастгоҳро пешниҳод мекунем ва механизми ҳассосии ҳар як сохторро муҳокима мекунем.
Ҳарчанд гетерогунксияҳо дар кори муайянкунии газ нақши хеле муҳим мебозанд, геометрияи дастгоҳи тамоми сенсор низ метавонад ба рафтори ошкор таъсир расонад, зеро ҷойгиршавии канали интиқоли сенсор аз геометрияи дастгоҳ хеле вобаста аст.Дар ин ҷо се геометрияи маъмулии дастгоҳҳои гетероҷангсияи MOS баррасӣ карда мешаванд, тавре ки дар расми 2 нишон дода шудааст. Дар намуди якум, ду пайвасти MOS ба таври тасодуфӣ дар байни ду электрод тақсим карда мешаванд ва ҷойгиршавии канали гузаронанда аз ҷониби MOS асосии муайян карда мешавад, дуюм аст. ташаккули наноструктураи гетерогенӣ аз MOS гуногун, дар ҳоле ки танҳо як MOS ба электрод пайваст аст.электрод пайваст карда мешавад, пас канали гузаронанда одатан дар дохили МОС ҷойгир буда, бевосита ба электрод пайваст мешавад.Дар намуди сеюм, ду мавод ба ду электрод алоҳида пайваст карда мешаванд, ки дастгоҳро тавассути гетерогресси байни ду мавод ташкил медиҳанд.
Дефис байни пайвастагиҳо (масалан, “SnO2-NiO”) нишон медиҳад, ки ду ҷузъ танҳо омехта шудаанд (навъи I).Аломати "@" байни ду пайвастшавӣ (масалан, "SnO2@NiO") нишон медиҳад, ки маводи чӯб (NiO) бо SnO2 барои сохтори сенсори навъи II оро дода шудааст.Хати хат (масалан, "NiO/SnO2") тарҳи сенсори навъи III -ро нишон медиҳад.
Барои сенсорҳои газ дар асоси композитҳои MOS, ду элементи MOS дар байни электродҳо ба таври тасодуфӣ тақсим карда мешаванд.Барои тайёр кардани композитҳои MOS усулҳои сершумори истеҳсолӣ, аз ҷумла sol-gel, coprecipitation, hydrothermal, electrospinning ва усулҳои омехтаи механикӣ таҳия карда шудаанд98,102,103,104.Ба наздикӣ, чаҳорчӯбаҳои металлӣ-органикӣ (MOFs), як синфи маводи сохтории кристаллии ковокӣ, ки аз марказҳои металлӣ ва пайвандакҳои органикӣ иборатанд, ҳамчун қолабҳо барои сохтани композитҳои ковокии MOS истифода мешаванд105,106,107,108.Бояд қайд кард, ки гарчанде фоизи таркиби MOS якхела бошад ҳам, хусусиятҳои ҳассосият ҳангоми истифодаи равандҳои гуногуни истеҳсолӣ метавонанд хеле фарқ кунанд.109,110 Масалан, Гао ва дигарон 109 ду сенсорро дар асоси композитҳои MoO3±SnO2 бо таносуби атоми якхела сохтанд. ( Mo: Sn = 1: 1.9) ва муайян кард, ки усулҳои гуногуни истеҳсолот ба ҳассосияти гуногун оварда мерасонанд.Шапошник ва дигарон.110 гузориш дод, ки реаксияи якҷоя бо боришотшудаи SnO2-TiO2 ба H2 газӣ аз реаксияи маводи ба таври механикӣ омехташуда ҳатто дар як таносуби Sn/Ti фарқ мекунад.Ин тафовут аз он сабаб ба миён меояд, ки муносибати байни андозаи кристаллии MOP ва MOP бо усулҳои гуногуни синтез фарқ мекунад109,110.Вақте ки андоза ва шакли дона аз рӯи зичии донор ва навъи нимноқил мувофиқат мекунанд, ҷавоб бояд бетағйир боқӣ монад, агар геометрияи тамос тағир наёбад 110 .Штаерз ва дигарон.111 гузориш дод, ки хусусиятҳои кашфи нанофилҳои SnO2-Cr2O3 ядрои ғилоф (CSN) ва CSN-ҳои заминии SnO2-Cr2O3 тақрибан якхела буданд, ки аз он шаҳодат медиҳад, ки морфологияи нанофибр ҳеҷ бартарӣ пешниҳод намекунад.
Илова ба усулҳои гуногуни истеҳсол, намудҳои нимноқилҳои ду MOSFET-и гуногун инчунин ба ҳассосияти сенсор таъсир мерасонанд.Онро вобаста ба он, ки ду MOSFET як навъи нимноқил (nn ё pp) ё намудҳои гуногун (pn junction) мебошанд, минбаъд ба ду категория тақсим кардан мумкин аст.Ҳангоме ки сенсорҳои газ ба таркиби MOS-и як навъ асос ёфтаанд, бо тағир додани таносуби молярии ду MOS, хусусияти вокуниши ҳассосият бетағйир боқӣ мемонад ва ҳассосияти сенсор вобаста ба шумораи nn- ё pp-гетероидҳо фарқ мекунад.Вақте ки дар таркиб як компонент бартарӣ дорад (масалан, 0,9 ZnO-0,1 SnO2 ё 0,1 ZnO-0,9 SnO2), канали гузаронанда аз ҷониби MOS бартаридошта муайян карда мешавад, ки онро канали интиқоли гомогунксия 92 меноманд.Вақте ки таносуби ду ҷузъ муқоисашаванда аст, тахмин карда мешавад, ки канали гузаронанда аз ҷониби гетерогрансия бартарӣ дорад98,102.Ямазое ва дигарон.112,113 гузориш дод, ки минтақаи гетероконтактии ду ҷузъ метавонад ҳассосияти сенсорро ба таври назаррас беҳтар кунад, зеро монеаи гетерогунксия, ки дар натиҷаи вазифаҳои гуногуни кории ҷузъҳо ба вуҷуд омадааст, метавонад ҳаракати дрейфти сенсорро, ки ба электронҳо дучор шудааст, назорат кунад.Газҳои гуногуни муҳити зист 112,113.Дар расм.Дар расми 3а нишон дода шудааст, ки сенсорҳо дар асоси сохторҳои иерархивии нахдор SnO2-ZnO бо таркиби ZnO гуногун (аз 0 то 10 мол % Zn) метавонанд этанолро интихобан муайян кунанд.Дар байни онҳо сенсоре, ки дар асоси нахҳои SnO2-ZnO (7 мол.% Zn) асос ёфтааст, аз ҳисоби ташаккули шумораи зиёди гетероидҳо ва зиёд шудани майдони мушаххаси сатҳ ҳассосияти баландтарин нишон дод, ки ин вазифаи конвертерро зиёд ва такмил додани ҳассосият 90 Аммо, бо афзоиши минбаъдаи таркиби ZnO то 10 мол.%, таркиби микроструктураи SnO2-ZnO метавонад минтақаҳои фаъолшавии сатҳро печонад ва ҳассосияти сенсорро кам кунад85.Тамоюли ба ин монанд барои сенсорҳо дар асоси NiO-NiFe2O4 pp композитҳои гетероидҷӣ бо таносуби гуногуни Fe/Ni мушоҳида мешавад (расми 3б)114.
Тасвирҳои SEM-и нахҳои SnO2-ZnO (7 мол.% Zn) ва вокуниши сенсор ба газҳои гуногун бо консентратсияи 100 ppm дар 260 ° C;54b Ҷавобҳои сенсорҳо дар асоси композитҳои холиси NiO ва NiO-NiFe2O4 дар 50 ppm газҳои гуногун, 260 °C;114 (в) Диаграммаи схематикии шумораи гиреҳҳо дар таркиби xSnO2-(1-x)Co3O4 ва реаксияҳои мувофиқи муқовимат ва ҳассосияти таркиби xSnO2-(1-x)Co3O4 ба 10 ppm CO, ацетон, C6H6 ва SO2 газ дар 350 °C бо тағир додани таносуби молярии Sn/Co 98
Композитҳои pn-MOS вобаста ба таносуби атомии MOS115 рафтори ҳассосияти гуногунро нишон медиҳанд.Умуман, рафтори ҳассосии композитҳои MOS аз он вобаста аст, ки MOS ҳамчун канали асосии интиқол барои сенсор амал мекунад.Бинобар ин, характеристика кардани таркиб ва наноструктураи композитхо хеле мухим аст.Ким ва дигарон 98 ин хулосаро бо роҳи синтез кардани як қатор нанофилҳои таркибии xSnO2 ± (1-x)Co3O4 тавассути электроспиннинг ва омӯзиши хосиятҳои сенсории онҳо тасдиқ карданд.Онҳо мушоҳида карданд, ки рафтори сенсори таркибии SnO2-Co3O4 бо кам кардани фоизи SnO2 аз намуди n ба навъи p гузашт (расми 3c)98.Илова бар ин, сенсорҳои бартаридоштаи гетерогунксия (дар асоси 0,5 SnO2-0,5 Co3O4) суръати баландтарини интиқолро барои C6H6 дар муқоиса бо сенсорҳои бартаридоштаи гомоюнксия нишон доданд (масалан, сенсорҳои баланди SnO2 ё Co3O4).Муқовимати баланди хоси сенсори 0,5 SnO2-0,5 Co3O4 ва қобилияти бештари он барои тағир додани муқовимати умумии сенсор ба ҳассосияти баландтарини он ба C6H6 мусоидат мекунад.Илова бар ин, нуқсонҳои номутобиқатии торҳо, ки аз гетероинтерфейсҳои SnO2-Co3O4 сарчашма мегиранд, метавонанд барои молекулаҳои газ маконҳои афзалиятноки адсорбсия эҷод кунанд ва ба ин васила аксуламали сенсориро тақвият бахшанд109,116.
Илова ба навъи нимноқилҳои MOS, рафтори ламси композитҳои MOS инчунин метавонад бо истифода аз химияи MOS-117 танзим карда шавад.Huo et al.117 барои тайёр кардани композитҳои Co3O4-SnO2 аз усули оддии намноккунӣ истифода бурданд ва муайян карданд, ки дар таносуби молярии Co/Sn 10%, сенсор аксуламали навъи p-ро ба H2 ва ҳассосияти навъи n-ро ба нишон медиҳад. H2.посух.Ҷавобҳои сенсор ба газҳои CO, H2S ва NH3 дар расми 4a117 нишон дода шудаанд.Дар таносуби пасти Co/Sn, бисёр ҳомопайвандҳо дар сарҳадҳои наноғраи SnO2±SnO2 ба вуҷуд меоянд ва аксуламалҳои сенсорҳои навъи n-ро ба H2 нишон медиҳанд (расми 4b,c)115.Бо афзудани таносуби Co/Sn то 10 моль.%, ба чои гомогунксияхои SnO2-SnO2 дар як вакт бисёр гетероидхои Co3O4-SnO2 ба вучуд омадаанд (расми 4г).Азбаски Co3O4 нисбат ба H2 ғайрифаъол аст ва SnO2 бо H2 сахт реаксия мекунад, реаксияи H2 бо намудҳои оксигени ионӣ асосан дар сатҳи SnO2117 ба амал меояд.Аз ин рӯ, электронҳо ба SnO2 ҳаракат мекунанд ва Ef SnO2 ба банди ноқилӣ мегузаранд, дар ҳоле ки Ef Co3O4 бетағйир мемонад.Дар натиҷа, муқовимати сенсор зиёд мешавад, ки ин нишон медиҳад, ки маводҳои дорои таносуби баланди Co/Sn рафтори сенсории навъи p-ро нишон медиҳанд (расми 4е).Баръакс, газҳои CO, H2S ва NH3 бо намудҳои оксигени ионӣ дар сатҳи SnO2 ва Co3O4 реаксия мекунанд ва электронҳо аз газ ба сенсор ҳаракат мекунанд, ки дар натиҷа баландии монеа ва ҳассосияти навъи n кам мешавад (расми 4f)..Ин рафтори гуногуни сенсорӣ ба реактивии гуногуни Co3O4 бо газҳои гуногун вобаста аст, ки онро Yin et al.118 .Ба хамин тарик, Каточ ва дигарон.119 нишон дод, ки композитҳои SnO2-ZnO интихоби хуб ва ҳассосияти баланд ба H2 доранд.Ин рафтор аз он сабаб ба амал меояд, ки атомҳои H метавонанд ба осонӣ ба мавқеъҳои O-и ZnO аз сабаби гибридизатсияи қавӣ байни s-орбитали H ва p-орбитали O, ки ба металлизатсияи ZnO120,121 оварда мерасонанд, адсорбсия шаванд.
як каҷҳои муқовимати динамикии Co/Sn-10% барои газҳои маъмулии коҳишдиҳанда ба монанди H2, CO, NH3 ва H2S, b, c диаграммаи механизми ҳассосии таркибии Co3O4/SnO2 барои H2 дар сатҳи пасти % м.Co/Sn, df Co3O4 Механизми муайянкунии H2 ва CO, H2S ва NH3 бо таркиби баланди Co/Sn/SnO2
Аз ин рӯ, мо метавонем ҳассосияти сенсори навъи I-ро тавассути интихоби усулҳои мувофиқи истеҳсолот, кам кардани андозаи донаҳои композитҳо ва оптимизатсияи таносуби молярии композитҳои MOS беҳтар кунем.Илова бар ин, фаҳмиши амиқи химияи маводи ҳассос метавонад интихоби сенсорро боз ҳам беҳтар кунад.
Сохторҳои сенсории навъи II боз як сохтори маъмули сенсорӣ мебошанд, ки метавонанд маводҳои гуногуни наноструктураи гетерогениро истифода баранд, аз ҷумла як наноматериал "мастер" ва наноматериал дуюм ё ҳатто сеюм.Масалан, маводи якченака ё дученакае, ки бо нанозаррачаҳо, ядрои ҷилди (CS) ва маводи бисёрқабатаи гетеронаноструктурӣ оро дода шудаанд, маъмулан дар сохторҳои сенсории навъи II истифода мешаванд ва дар поён ба таври муфассал баррасӣ хоҳанд шуд.
Барои аввалин маводи гетеронаноструктурӣ (гетеронаноструктураи ороишӣ), тавре ки дар расми 2б(1) нишон дода шудааст, каналҳои гузаронандаи сенсор бо маводи асосӣ пайваст карда мешаванд.Бо сабаби ташаккули гетероидҳо, нанозарраҳои тағирёфта метавонанд ҷойҳои бештар реактивиро барои адсорбсия ё десорбсияи газ таъмин кунанд ва инчунин метавонанд ҳамчун катализатор барои беҳтар кардани қобилияти ҳассос амал кунанд109,122,123,124.Юан ва диг.41 қайд карданд, ки ороиши нанодотҳои WO3 WO3 бо нанодотҳои CeO2 метавонад ҷойҳои бештари адсорбсияро дар гетероинтерфейси CeO2@WO3 ва сатҳи CeO2 таъмин кунад ва намудҳои бештари оксигени кимиёсорбшударо барои реаксия бо ацетон тавлид кунад.Гунаван ва дигарон.125. Сенсори ҳассосияти ултрабаланди ацетон дар асоси якченакаи Au@α-Fe2O3 пешниҳод шудааст ва мушоҳида шудааст, ки ҳассосияти сенсор тавассути фаъолсозии молекулаҳои O2 ҳамчун манбаи оксиген идора мешавад.Мавҷудияти Au NPs метавонад ҳамчун катализатор амал кунад, ки ба ҷудошавии молекулаҳои оксиген ба оксигени торӣ барои оксидшавии ацетон мусоидат мекунад.Чои ва дигарон низ хамин гуна натичахо ба даст оварданд.9 дар он ҷо катализатори Pt барои ҷудо кардани молекулаҳои оксигени адсорбшуда ба намудҳои оксигени иононидашуда ва баланд бардоштани вокуниши ҳассос ба ацетон истифода шудааст.Дар соли 2017, ҳамон як гурӯҳи тадқиқотӣ нишон дод, ки нанозарраҳои биметаллӣ дар катализ нисбат ба нанозарраҳои ягонаи металлӣ хеле самараноктаранд, тавре ки дар расми 5126 нишон дода шудааст. 5а схемаи раванди истеҳсолот барои NP-ҳои биметаллӣ (PtM) дар асоси платина бо истифода аз ҳуҷайраҳои апоферритин бо андозаи миёна камтар аз 3 нм.Сипас, бо истифода аз усули электроспиннинг, нанофилҳои PtM@WO3 барои баланд бардоштани ҳассосият ва интихобӣ ба ацетон ё H2S ба даст оварда шуданд (расми 5b-g).Дар вактхои охир катализаторхои як-атомй (САК) дар сохаи катализ ва тахлили газ аз хисоби самаранокии максималии истифодаи атомхо ва сохторхои электронии танзимшуда корнамоии аълои каталитикиро нишон доданд127,128.Шин ва дигарон.129 нитриди карбон лангар Pt-SA (MCN), SnCl2 ва PVP наносибҳоро ҳамчун манбаи кимиёвӣ барои омода кардани нахҳои дохилии Pt@MCN@SnO2 барои муайян кардани газ истифода кардааст.Сарфи назар аз миқдори хеле ками Pt@MCN (аз 0,13 ват.% то 0,68 ват.%), кори муайянкунии формальдегиди газии Pt@MCN@SnO2 нисбат ба дигар намунаҳои истинод (SnO2, MCN@SnO2 ва Pt NPs@) бартарӣ дорад. SnO2)..Ин иҷрои аълои кашфро метавон ба ҳадди ниҳоии самаранокии атомии катализатори Pt SA ва фарогирии ҳадди ақали сайтҳои фаъоли SnO2129 рабт дод.
Усули инкапсуляцияи бо апоферритин боршуда барои ба даст овардани нанозаррачаҳои PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi);хосиятҳои динамикии газ ҳассос нанофилҳои bd pristine WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 ва Pt-NiO@WO3;масалан, дар асоси хосиятҳои интихобии PtPd@WO3, PtRn@WO3 ва Pt-NiO@WO3 нанофибери сенсорҳо то 1 ppm гази халалдор 126
Илова бар ин, гетероидҳо, ки дар байни масолеҳи склад ва нанозарраҳо ба вуҷуд омадаанд, инчунин метавонанд тавассути механизми модуляцияи радиалӣ каналҳои интиқолро ба таври муассир модул кунанд, то кори сенсорҳоро беҳтар созанд130,131,132.Дар расм.Дар расми 6а характеристикаҳои сенсории нановҳои тозаи SnO2 ва Cr2O3@SnO2 барои коҳиш ва оксиди газҳо ва механизмҳои мувофиқи сенсорҳо нишон дода шудаанд131.Дар муқоиса бо нановимҳои тозаи SnO2, вокуниши нановимҳои Cr2O3@SnO2 ба коҳиши газҳо хеле беҳтар шудааст, дар ҳоле ки вокуниш ба газҳои оксидкунанда бадтар мешавад.Ин ходисахо бо сустшавии локалии каналхои гузаронандаи нанохимхои SnO2 дар самти радиалии гетероидшавии хосилшудаи pn зич алокаманданд.Муқовимати сенсорро метавон танҳо тавассути тағир додани паҳнои EDL дар рӯи нановимҳои тозаи SnO2 пас аз дучор шудан ба газҳои коҳишдиҳанда ва оксидкунанда танзим кард.Аммо, барои нановимҳои Cr2O3@SnO2, DEL-и ибтидоии нановимҳои SnO2 дар ҳаво дар муқоиса бо нановимҳои тозаи SnO2 зиёд мешавад ва канали гузаронанда аз ҳисоби ташаккули гетероидшавӣ пахш карда мешавад.Аз ин рӯ, вақте ки сенсор ба гази коҳишдиҳанда дучор мешавад, электронҳои дармондашуда ба нановимҳои SnO2 бароварда мешаванд ва EDL ба таври назаррас коҳиш меёбад, ки дар натиҷа ҳассосияти баландтар нисбат ба нановимҳои тозаи SnO2 мегардад.Ва баръакс, ҳангоми гузаштан ба гази оксидкунанда, васеъшавии DEL маҳдуд аст, ки дар натиҷа ҳассосияти паст ба вуҷуд меояд.Натоиҷи шабеҳи вокуниши ҳассос аз ҷониби Чой ва дигарон, 133 мушоҳида карда шуд, ки дар он нанозарраҳои SnO2, ки бо нанозаррачаҳои WO3 оро дода шудаанд, вокуниши ҳассосро ба коҳиши газҳо ба таври назаррас беҳтар карданд, дар ҳоле ки сенсорҳои бо n ороишёфтаи SnO2 ҳассосиятро ба газҳои оксидкунанда беҳтар карданд.Нанозаррачаҳои TiO2 (расми 6б) 133. Ин натиҷа асосан ба функсияҳои гуногуни кори SnO2 ва MOS (TiO2 ё WO3) нанозаррачаҳо вобаста аст.Дар нанозаррачаҳои навъи p (намуди n) канали гузаронандаи маводи чаҳорчӯба (SnO2) ба самти радиалӣ васеъ мешавад (ё контракт мешавад) ва сипас таҳти таъсири редуксия (ё оксидшавӣ) васеъшавии минбаъда (ё кӯтоҳшавӣ) канали гузаронандаи SnO2 – қабурғаи ) газ (расми 6б).
Механизми модуляцияи радиалӣ, ки аз ҷониби тағирёфтаи LF MOS ба вуҷуд омадааст.Хулосаи вокунишҳои газ ба газҳои коҳишдиҳанда ва оксидкунандаи 10 ppm дар асоси нановимҳои тозаи SnO2 ва Cr2O3@SnO2 ва диаграммаҳои схематикии механизми ҳассос;ва схемаҳои мувофиқи nanorods WO3@SnO2 ва механизми муайянкунӣ133
Дар дастгоҳҳои гетероструктураи дуқабата ва бисёрқабата канали интиқоли дастгоҳ аз ҷониби қабат (одатан қабати поён) дар тамоси мустақим бо электродҳо бартарӣ дорад ва гетерогренсия, ки дар интерфейси ду қабат ба вуҷуд меояд, метавонад гузарониши қабати поёниро назорат кунад. .Аз ин рӯ, вақте ки газҳо бо қабати болоӣ ҳамкорӣ мекунанд, онҳо метавонанд ба каналҳои интиқоли қабати поёнӣ ва муқовимати 134 дастгоҳ таъсир расонанд.Масалан, Кумар ва дигарон.77 дар бораи рафтори муқобили қабатҳои дукаратаи TiO2@NiO ва NiO@TiO2 барои NH3 гузориш доданд.Ин тафовут аз он сабаб ба миён меояд, ки каналҳои интиқоли ду сенсор дар қабатҳои маводҳои гуногун бартарӣ доранд (мутаносибан NiO ва TiO2) ва пас аз он тағирот дар каналҳои гузариши зеризаминӣ гуногунанд77.
Гетеронаноструктураҳои дуқабата ё бисёрқабата одатан тавассути пошидан, таҳшиншавии қабати атомӣ (ALD) ва центрифугакунӣ истеҳсол карда мешаванд56,70,134,135,136.Ғафсии филм ва майдони тамоси ду маводро хуб назорат кардан мумкин аст.Рақамҳои 7а ва б нанофилмҳои NiO@SnO2 ва Ga2O3@WO3-ро нишон медиҳанд, ки тавассути пошидан барои муайян кардани этанол ба даст оварда шудаанд135,137.Аммо, ин усулҳо умуман филмҳои ҳамвор тавлид мекунанд ва ин филмҳои ҳамвор аз сабаби масоҳати пасти сатҳи мушаххас ва гузариши газ нисбат ба маводи наноструктураи 3D камтар ҳассосанд.Аз ин рӯ, стратегияи марҳилаи моеъ барои сохтани филмҳои дуқабата бо иерархияҳои гуногун низ пешниҳод шудааст, ки иҷрои даркро тавассути зиёд кардани майдони мушаххаси рӯизаминӣ беҳтар кунад41,52,138.Чжу ва дигарон 139 усулҳои пошидан ва гидротермалиро муттаҳид карда, нановимҳои хеле фармоишии ZnO аз болои нановимҳои SnO2 (ZnO@SnO2 нановимҳо) барои ошкор кардани H2S истеҳсол карданд (расми 7c).Вокуниши он ба 1 ppm H2S нисбат ба сенсоре, ки дар нанофилмҳои пошидашудаи ZnO@SnO2 асос ёфтааст, 1,6 маротиба зиёдтар аст.Лю ва дигарон.52 дар бораи сенсори баландсифати H2S бо истифода аз усули дуқадам дар ҷои ҷойгиркунии кимиёвӣ барои тавлиди наноструктураи иерархикии SnO2@NiO ва пас аз коркарди гармӣ хабар дод (расми 10d).Дар муқоиса бо плёнкаҳои дуқабати муқаррарии пошидашудаи SnO2@NiO, иҷрои ҳассосияти сохтори иерархикии дуқабатаи SnO2@NiO аз ҳисоби афзоиши масоҳати мушаххаси рӯизаминӣ ба таври назаррас беҳтар шудааст52,137.
Сенсори дуқабати газ дар асоси MOS.Nanofilm NiO@SnO2 барои муайян кардани этанол;137b Ga2O3@WO3 нанофилм барои муайян кардани этанол;135c сохтори иерархиии дуқабатаи SnO2@ZnO хеле фармоишӣ барои ошкор кардани H2S;139d SnO2@NiO сохтори иерархӣ барои ошкор кардани H2S52.
Дар дастгоҳҳои навъи II, ки ба гетеронаноструктураҳои ядроӣ (CSHNs) асос ёфтааст, механизми ҳассос мураккабтар аст, зеро каналҳои гузаронанда бо қабати ботинӣ маҳдуд нестанд.Ҳам масири истеҳсолот ва ҳам ғафсӣ (hs) баста метавонад ҷойгиршавии каналҳои интиқолдиҳандаро муайян кунад.Масалан, хангоми истифода бурдани усулхои синтези аз поён ба боло каналхои гузаронанда одатан бо ядрои ботинй махдуд карда мешаванд, ки аз чихати сохт ба сохторхои дукабата ё бисёркабатаи асбоб шабохат доранд (расми 2б(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Сю ва дигарон.144 дар бораи равиши аз поён ба боло барои ба даст овардани CSHN NiO@α-Fe2O3 ва CuO@α-Fe2O3 тавассути гузоштани қабати NiO ё CuO NPs дар nanorods α-Fe2O3, ки дар он канали интиқол аз ҷониби қисми марказӣ маҳдуд буд, гузориш додааст.(nanorods α-Fe2O3).Лю ва дигарон.142 инчунин муваффақ шуд, ки канали интиқолро ба қисми асосии CSHN TiO2 @ Si тавассути гузоштани TiO2 ба массивҳои омодашудаи нановимҳои кремний маҳдуд кунад.Аз ин рӯ, рафтори ҳассосии он (намуди p ё навъи n) танҳо аз навъи нимноқилҳои нановими кремний вобаста аст.
Бо вуҷуди ин, аксари сенсорҳои дар асоси CSHN гузоришшуда (расми 2b(4)) тавассути интиқоли хокаҳои маводи CS-и синтезшуда ба микросхемаҳо сохта шудаанд.Дар ин ҳолат ба роҳи интиқоли сенсор ғафсии корпус (hs) таъсир мерасонад.Гурӯҳи Ким таъсири hs-ро ба кори муайянкунии газ таҳқиқ кард ва механизми эҳтимолии ошкоркуниро пешниҳод кард100,112,145,146,147,148. Гумон меравад, ки ду омил ба механизми ҳассосии ин сохтор мусоидат мекунанд: (1) модуляцияи радиалии EDL-и пухтупаз ва (2) таъсири ифлосшавии майдони электрикӣ (расми 8) 145. Тадқиқотчиён қайд карданд, ки канали гузаронанда аз интиќолдињандањо бештар ба ќабати ќабат мањдуд мешавад, ки њангоми hs > λD ќабати ќабат145. Гумон меравад, ки ду омил ба механизми ҳассосии ин сохтор мусоидат мекунанд: (1) модуляцияи радиалии EDL-и пухтупаз ва (2) таъсири ифлосшавии майдони электрикӣ (расми 8) 145. Тадқиқотчиён қайд карданд, ки канали гузаронанда аз интиќолдињандањо бештар ба ќабати ќабат мањдуд мешавад, ки њангоми hs > λD ќабати ќабат145. Считается, что дар механизми восприятия инструкции встречается в два омила: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки ва (2) самараи барҷастаи электрикии поля (рис. 8) 145. λD оболочки145. Гумон меравад, ки дар механизми дарки ин сохтор ду омил иштирок мекунад: (1) модуляцияи радиалии EDL-и пухтупаз ва (2) таъсири норавшани майдони электрикӣ (расми 8) 145. Тадқиқотчиён қайд карданд, ки канали гузаронанда асосан бо снаряд махдуд мешавад, хангоми hs > λD снарядхо145.Гумон меравад, ки ду омил ба механизми ошкоркунии ин сохтор мусоидат мекунанд: (1) модуляцияи радиалии DEL-и пухтупаз ва (2) таъсири пошидани майдони электрикӣ (расми 8) 145.研究人员提到传导通道当壳层的hs > λD145 时，载流子的数量主要局限于。屳 > λD145 时，载流子的数量主要局限于壳层。 Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителей дар асоси ограничено оболочкой. Тадкикотчиён кайд карданд, ки канали гузаронанда хангоми hs > λD145 аз снаряд, шумораи интиќолдињандагон асосан бо снаряд мањдуд мешавад.Бинобар ин, дар модуляцияи резистисивии сенсор дар асоси CSHN модуляцияи радиалии пӯшиши DEL бартарӣ дорад (расми 8а).Аммо, дар hs ≤ λD-и қабат, заррачаҳои оксиген, ки бо қабат адсорб карда мешаванд ва гетеропайванди дар гетеропайвандии CS ба вуҷуд омада аз электронҳо комилан кам мешаванд. Аз ин рў, канали гузаронанда на танњо дар дохили ќабати ќабат, балки ќисман дар ќисми ядрої љойгир аст, хусусан њангоми hs <λD ќабати ќабат. Аз ин рў, канали гузаронанда на танњо дар дохили ќабати ќабат, балки ќисман дар ќисми ядрої љойгир аст, хусусан њангоми hs <λD ќабати ќабат. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, аммо ва частично дар сердцевинной части, особенно при hs < λD оболочечного слоя. Аз ин рӯ, канали гузаронанда на танҳо дар дохили қабати ҷавҳар, балки қисман дар қисми ядроӣ, махсусан дар hs <λD қабати қабати қабати қабати қаҳва ҷойгир аст.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, аммо и частично дар сердцевине, особенно при hs < λD оболочки. Аз ин рӯ, канали интиқол на танҳо дар дохили қабат, балки қисман дар ядро , махсусан дар hs <λD-и қабат ҷойгир аст.Дар ин ҳолат ҳам қабати электронии пурра тамомшуда ва ҳам қабати ядроии қисман тамомшуда ба модулятсияи муқовимати тамоми CSHN кӯмак мекунанд, ки дар натиҷа таъсири думи майдони электрикӣ ба вуҷуд меояд (расми 8б).Баъзе тадқиқотҳои дигар барои таҳлили эффекти hs100,148 ба ҷои думи майдони электрикӣ консепсияи фраксияи ҳаҷми EDL-ро истифода кардаанд.Бо назардошти ин ду саҳм, модуляцияи умумии муқовимати CSHN ба бузургтарин арзиши худ мерасад, вақте ки hs бо ғилоф λD муқоиса карда мешавад, тавре ки дар расми 8c нишон дода шудааст.Аз ин рӯ, hs оптималии CSHN метавонад ба қабати λD наздик бошад, ки бо мушоҳидаҳои таҷрибавӣ99,144,145,146,149 мувофиқ аст.Якчанд тадқиқотҳо нишон доданд, ки hs инчунин метавонад ба ҳассосияти сенсорҳои pn-гетероидшавӣ дар асоси CSHN таъсир расонад40,148.Ли ва дигарон.148 ва Бай ва дигарон.40 ба таври мунтазам таъсири hs-ро ба иҷрои сенсорҳои pn-гетероҷунбиши CSHN, ба монанди TiO2@CuO ва ZnO@NiO, тавассути тағир додани давраи пӯшиши ALD тафтиш кард.Дар натиҷа, рафтори ҳассос аз намуди p ба намуди n бо афзоиши hs40,148 тағйир ёфт.Ин рафтор аз он иборат аст, ки дар аввал (бо шумораи маҳдуди давраҳои ALD) гетероструктураҳоро метавон ҳамчун гетеронаноструктураҳои тағирёфта баррасӣ кард.Ҳамин тариқ, канали интиқол бо қабати аслӣ (намуди p-MOSFET) маҳдуд аст ва сенсор рафтори муайянкунии навъи p-ро нишон медиҳад.Бо зиёд шудани шумораи давраҳои ALD, қабати пӯшиш (намуди n-MOSFET) квази-давсум мешавад ва ҳамчун канали интиқол амал мекунад, ки дар натиҷа ҳассосияти навъи n ба вуҷуд меояд.Рафтори шабеҳи гузариши ҳассос барои гетеронаноструктураи пн шохадор 150,151 гузориш дода шудааст.Чжоу ва дигарон.150 ҳассосияти гетеронаноструктураҳои шохаҳои Zn2SnO4@Mn3O4-ро тавассути назорат кардани мундариҷаи Zn2SnO4 дар сатҳи нановимҳои Mn3O4 таҳқиқ карданд.Вақте ки дар сатҳи Mn3O4 ядроҳои Zn2SnO4 ба вуҷуд омадаанд, ҳассосияти навъи p мушоҳида шуд.Бо афзоиши минбаъдаи мундариҷаи Zn2SnO4, сенсор дар асоси гетеронаноструктураи Zn2SnO4@Mn3O4 ба рафтори сенсори навъи n мегузарад.
Тавсифи консептуалии механизми сенсории дуфунксионалии нано симҳои CS нишон дода шудааст.a Модулятсияи муқовимат аз ҳисоби модуляцияи радиалии қабатҳои аз электрон камшуда, b Таъсири манфии пошидан ба модуляцияи муқовимат ва c Модулятсияи муқовимати умумии нановимҳои CS аз ҳисоби омезиши ҳарду таъсир 40
Хулоса, сенсорҳои навъи II бисёр наноструктураи иерархикии гуногунро дар бар мегиранд ва иҷрои сенсорҳо аз ташкили каналҳои интиқолдиҳанда хеле вобаста аст.Аз ин рӯ, назорат кардани мавқеъи канали интиқоли сенсор ва истифодаи модели мувофиқи гетеронаноструктураи MOS барои омӯзиши механизми ҳассоси васеъи сенсорҳои навъи II муҳим аст.
Сохторҳои сенсории навъи III чандон маъмул нестанд ва канали гузаронанда дар асоси гетеропайванди байни ду нимноқилҳои ба ду электрод пайвастшуда асос ёфтааст.Сохторҳои беназири дастгоҳ одатан тавассути усулҳои микромашининг ба даст оварда мешаванд ва механизмҳои ҳассосии онҳо аз ду сохтори қаблии сенсор хеле фарқ мекунанд.Каҷи IV-и сенсори Намуди III маъмулан хусусиятҳои ислоҳии маъмулиро аз сабаби ташаккули гетеропайвандӣ нишон медиҳад48,152,153.Каљи характеристикии I-V-и гетеропайванди идеалиро метавон бо механизми термионикии эмиссияи электронњо дар баландии монеаи гетеропайвандї тасвир кард152,154,155.
ки дар он Ва - шиддати ѓайриќонунї, А майдони дастгоњ, k доимии Болтсман, T њарорати мутлаќ, q заряди баранда, Jn ва Jp мутаносибан зичии љараёнњои сўрохї ва диффузияи электронї мебошанд.IS ҷараёни сершавии баръаксро нишон медиҳад, ки чунин муайян карда мешавад: 152,154,155
Аз ин рў, љараёни умумии гетеропайванди pn ба таѓйирёбии консентратсияи барандаи заряд ва таѓйирёбии баландии монеаи гетеропайвандї вобаста аст, ки дар муодилањои (3) ва (4) 156 нишон дода шудааст.
ки nn0 ва pp0 консентратсияи электронҳо (сӯрохиҳо) дар навъи n-намуди (p-) MOS мебошанд, \(V_{bi}^0\) потенсиали дарунсохт, Dp (Dn) коэффисиенти диффузияи электронҳо (сӯрохиҳо), Ln (Lp ) дарозии диффузияи электронҳо (сӯрохиҳо), ΔEv (ΔEc) тағирёбии энергияи банди валентӣ (банаи ноқилӣ) дар гетероидшавӣ мебошад.Гарчанде ки зичии ҷорӣ ба зичии интиқолдиҳанда мутаносиб аст, он ба таври экспоненсиалӣ баръакс ба \(V_{bi}^0\) мутаносиб аст.Аз ин рӯ, тағирёбии умумии зичии ҷараён ба модуляцияи баландии монеаи гетерогрансионалӣ сахт вобаста аст.
Тавре ки дар боло зикр гардид, эҷоди MOSFET-ҳои гетероинаноструктураи (масалан, дастгоҳҳои навъи I ва II) метавонад кори сенсорро ба таври назаррас беҳтар созад, на ҷузъҳои алоҳида.Ва барои дастгоҳҳои навъи III, вокуниши гетеронаноструктура вобаста ба таркиби химиявии мавод метавонад аз ду ҷузъ48,153 ё баландтар аз як компонент76 бошад.Якчанд гузоришҳо нишон доданд, ки вокуниши гетеронаноструктураҳо нисбат ба як ҷузъ хеле баландтар аст, вақте ки яке аз ҷузъҳо ба гази ҳадаф ҳассос нест48,75,76,153.Дар ин ҳолат гази мақсаднок танҳо бо қабати ҳассос мутақобила карда, боиси тағирёбии Ef қабати ҳассос ва тағирёбии баландии монеаи гетероидшавӣ мегардад.Он гоҳ ҷараёни умумии дастгоҳ ба таври назаррас тағйир меёбад, зеро он аз рӯи муодила ба баландии монеаи гетерогрансионалӣ баръакс алоқаманд аст.(3) ва (4) 48,76,153.Аммо, вақте ки ҳам ҷузъҳои навъи n ва ҳам p-ба гази мавриди ҳадаф ҳассосанд, иҷрои ошкор метавонад дар байни онҳо бошад.Хосе ва дигарон.76 бо роҳи пошидан сенсори ковокии NiO/SnO2 NO2-ро истеҳсол карданд ва дарёфтанд, ки ҳассосияти сенсор танҳо нисбат ба сенсори дар асоси NiO баландтар буда, аммо нисбат ба сенсори SnO2 пасттар аст.сенсор.Ин падида аз он вобаста аст, ки SnO2 ва NiO ба NO276 аксуламалҳои муқобил нишон медиҳанд.Инчунин, азбаски ин ду ҷузъ ҳассосияти гуногуни газ доранд, онҳо метавонанд тамоюли якхела барои ошкор кардани оксидшавӣ ва коҳиши газҳоро дошта бошанд.Масалан, Квон ва дигарон.157 як сенсори гази NiO / SnO2 pn-гетероҷамъкуниро тавассути пошидани монеа пешниҳод кард, тавре ки дар расми 9а нишон дода шудааст.Ҷолиб он аст, ки сенсори NiO/SnO2 pn-heterojunction як тамоюли ҳассосиятро барои H2 ва NO2 нишон дод (расми 9а).Барои ҳалли ин натиҷа, Квон ва дигарон.157 мунтазам таҳқиқ кард, ки чӣ тавр NO2 ва H2 консентратсияи интиқолдиҳандаҳоро тағир медиҳанд ва \(V_{bi}^0\) ҳарду маводро бо истифода аз IV-хусусиятҳо ва симулятсияҳои компютерӣ танзим мекунанд (расми 9бд).Рақамҳои 9б ва в қобилияти H2 ва NO2-ро барои тағир додани зичии интиқолдиҳандаи сенсорҳо дар асоси p-NiO (pp0) ва n-SnO2 (nn0) нишон медиҳанд.Онҳо нишон доданд, ки pp0-и навъи p NiO дар муҳити NO2 каме тағйир ёфтааст, дар ҳоле ки он дар муҳити H2 ба таври назаррас тағйир ёфтааст (расми 9б).Аммо барои навъи n SnO2 nn0 баръакс рафтор мекунад (расми 9в).Дар асоси ин натиҷаҳо, муаллифон ба хулосае омаданд, ки ҳангоми татбиқи H2 ба сенсор дар асоси гетеропайвандии NiO/SnO2 pn, афзоиши nn0 боиси афзоиши Jn ва \(V_{bi}^0\) боиси кам шудани чавоб (расми 9д).Пас аз дучор шудан ба NO2 ҳам камшавии зиёди nn0 дар SnO2 ва ҳам каме зиёд шудани pp0 дар NiO боиси коҳиши зиёди \(V_{bi}^0\) мегардад, ки афзоиши аксуламали эҳсосиро таъмин мекунад (расми 9г). ) 157 Хулоса, таѓйирёбии консентратсияи интиќолдињандањо ва \(V_{bi}^0\) боиси таѓйирёбии ќувваи умумии љараён мегардад, ки минбаъд ба ќобилияти кашф таъсир мерасонад.
Механизми ҳискунандаи сенсори газ ба сохтори дастгоҳи навъи III асос ёфтааст.Сканкунии микроскопияи электронӣ (SEM) тасвирҳои буришҳо, дастгоҳи наноколи p-NiO/n-SnO2 ва хосиятҳои сенсори сенсори гетероидҳои p-NiO/n-SnO2 дар 200°C барои H2 ва NO2;b, SEM-и буриши дастгоҳи c, ва натиҷаҳои моделиронии дастгоҳ бо қабати p-NiO b ва қабати n-SnO2 c.Сенсори b p-NiO ва c n-SnO2 хусусиятҳои I-V дар ҳавои хушк ва пас аз таъсири H2 ва NO2 чен мекунад ва мувофиқат мекунад.Бо истифода аз нармафзори Sentaurus TCAD харитаи дученакаи зичии сӯрохи b дар p-NiO ва харитаи c-электронҳо дар қабати n-SnO2 бо миқёси ранг моделсозӣ карда шуданд.d Натиҷаҳои моделиронӣ, ки харитаи 3D-и p-NiO/n-SnO2-ро дар ҳавои хушк, H2 ва NO2157 дар муҳити атроф нишон медиҳанд.
Ба гайр аз хосиятхои химиявии худи материал, структурам дастгохи типи III имконияти ба вучуд овардани датчикхои гази худкорро нишон медихад, ки ин бо дастгоххои типи I ва II имконнопазир аст.Аз сабаби майдони электрикии хоси худ (BEF), сохторҳои диодҳои гетероҷангии pn одатан барои сохтани дастгоҳҳои фотоэлектрикӣ истифода мешаванд ва потенсиали сохтани сенсорҳои худкори гази фотоэлектрикиро дар ҳарорати хонагӣ дар зери равшанӣ нишон медиҳанд74,158,159,160,161.BEF дар гетероинтерфейс, ки аз фарқияти сатҳҳои Ферми маводҳо ба вуҷуд омадааст, инчунин ба ҷудошавии ҷуфтҳои сӯрохиҳои электронӣ мусоидат мекунад.Бартарии сенсори гази фотоэлектрикии худкор истеъмоли ками нерӯи он аст, зеро он метавонад энергияи нури рӯшанкунандаро азхуд кунад ва сипас худ ё дигар дастгоҳҳои миниётураиро бидуни ниёз ба манбаи барқи беруна идора кунад.Масалан, Танума ва Сугияма162 гетерогюнксияҳои NiO/ZnO pn-ро ҳамчун ҳуҷайраҳои офтобӣ барои фаъол кардани сенсорҳои поликристалии CO2 дар асоси SnO2 сохтаанд.Гад ва дигарон.74 дар бораи як сенсори гази фотоэлектрикӣ, ки дар асоси гетероҷӯянии Si/ZnO@CdS pn, тавре ки дар расми 10а нишон дода шудааст, хабар дод.Нановимҳои амудӣ нигаронидашудаи ZnO мустақиман дар субстратҳои кремнийи навъи p парвариш карда шуданд, то гетероидҳои Si/ZnO pn-ро ташкил кунанд.Сипас нанозаррачаҳои CdS дар рӯи нановимҳои ZnO тавассути тағир додани сатҳи кимиёвӣ тағир дода шуданд.Дар расм.10a натиҷаҳои вокуниши сенсори Si/ZnO@CdS-ро барои O2 ва этанол нишон медиҳад.Дар зери рӯшноӣ, шиддати занҷири кушода (Voc) аз сабаби ҷудошавии ҷуфтҳои сӯрохиҳои электронӣ ҳангоми BEP дар гетероинтерфейси Si/ZnO бо шумораи диодҳои пайваст ба таври хаттӣ зиёд мешавад74,161.Voc-ро бо муодила ифода кардан мумкин аст.(5) 156,
ки дар он ND, NA ва Ni мутаносибан консентратсияи донорҳо, аксепторҳо ва интиқолдиҳандагони дохилӣ мебошанд ва k, T ва q ҳамон параметрҳои муодилаи қаблӣ мебошанд.Ҳангоми ба газҳои оксидкунанда дучор шудан онҳо аз нановимҳои ZnO электронҳо мегиранд, ки ин боиси кам шудани \(N_D^{ZnO}\) ва Voc мегардад.Баръакс, камшавии газ боиси зиёд шудани Voc гардид (расми 10а).Ҳангоми ороиши ZnO бо нанозаррачаҳои CdS, электронҳои фотоҳаяҷоншуда дар нанозаррачаҳои CdS ба банди гузарониши ZnO ворид карда, бо гази адсорбшуда мутақобила мешаванд ва ба ин васила самаранокии даркро зиёд мекунанд74,160.Як сенсори худидоракунии гази фотоэлектрикӣ дар асоси Si/ZnO аз ҷониби Ҳоффман ва дигарон гузориш дода шудааст.160, 161 (расми 10б).Ин сенсорро метавон бо истифода аз як хати нанозаррачаҳои ZnO-и бо амин функсионалӣ ([3-(2-аминоэтиламино)пропил]триметоксисилан) (амино-функционализатсияшуда-SAM) ва тиол ((3-меркаптопропил)-функционализатсияшуда барои танзими вазифаи корӣ омода кард. гази мақсаднок барои муайянкунии интихобии NO2 (trimethoxysilane) (thiol-functionalized-SAM)) (расми 10б) 74,161.
Сенсори гази фотоэлектрикии худкор, ки дар асоси сохтори дастгоҳи навъи III сохта шудааст.як сенсори худкори гази фотоэлектрикӣ дар асоси Si/ZnO@CdS, механизми ҳассосии худкор ва вокуниши сенсор ба газҳои оксидшуда (O2) ва камшуда (1000 ppm этанол) дар зери нури офтоб;74b Сенсори худкори гази фотоэлектрикӣ дар асоси сенсорҳои Si ZnO/ZnO ва вокунишҳои сенсор ба газҳои гуногун пас аз функсионализатсияи ZnO SAM бо аминҳо ва тиолҳои терминал 161
Бинобар ин, хангоми мухокимаи механизми хассоси сенсорхои типи III тагйирёбии баландии монеаи гетерогункционй ва кобилияти таъсиррасонии газ ба консентратсияи барандаро муайян кардан зарур аст.Илова бар ин, равшанӣ метавонад интиқолдиҳандаҳои фотогенератсияшудаеро ба вуҷуд орад, ки бо газҳо реаксия мекунанд, ки барои муайян кардани гази худкор умедбахш аст.
Тавре ки дар ин баррасии адабиёт баррасӣ шудааст, бисёр гетеронаноструктураҳои гуногуни MOS барои беҳтар кардани кори сенсор сохта шудаанд.Дар пойгоҳи додаҳои Web of Science барои калимаҳои гуногуни калидӣ (композитҳои оксиди металлӣ, оксидҳои металлии аслӣ, оксидҳои металлии қабатӣ ва анализаторҳои худкор) ва инчунин хусусиятҳои фарқкунанда (фаровонӣ, ҳассосият / интихоб, потенсиали тавлиди нерӯ, истеҳсолот) ҷустуҷӯ карда шуданд. .Усул Хусусиятҳои се аз ин се дастгоҳ дар ҷадвали 2 нишон дода шудаанд. Консепсияи умумии тарҳрезии сенсорҳои гази баландсифат тавассути таҳлили се омили асосии пешниҳодкардаи Yamazoe баррасӣ мешавад.Механизмҳо барои сенсорҳои гетероструктураи MOS Барои фаҳмидани омилҳое, ки ба сенсорҳои газ таъсир мерасонанд, параметрҳои гуногуни MOS (масалан, андозаи дона, ҳарорати корӣ, зичии холигии оксиген ва оксиген, ҳавопаймоҳои кристалии кушод) бодиққат омӯхта шуданд.Сохтори дастгоҳ, ки барои рафтори ҳассосии сенсор низ муҳим аст, беэътиноӣ карда шуд ва хеле кам мавриди баррасӣ қарор гирифт.Ин барраси механизмҳои асосии ошкор кардани се намуди маъмулии сохтори дастгоҳро баррасӣ мекунад.
Сохтори андозаи ғалладона, усули истеҳсол ва шумораи гетероидкуниҳои маводи ҳассос дар сенсори навъи I метавонад ба ҳассосияти сенсор таъсир расонад.Илова бар ин, ба рафтори сенсор низ таносуби молярии ҷузъҳо таъсир мерасонад.Сохторҳои дастгоҳи навъи II (гетеронаноструктураҳои ороишӣ, плёнкаҳои дуқабата ё бисёрқабата, HSSN) маъмултарин сохторҳои дастгоҳ мебошанд, ки аз ду ё зиёда ҷузъҳо иборатанд ва танҳо як ҷузъ ба электрод пайваст карда мешаванд.Барои ин сохтори дастгоҳ муайян кардани ҷойгиршавии каналҳои интиқол ва тағирёбии нисбии онҳо дар омӯзиши механизми дарк муҳим аст.Азбаски дастгоҳҳои навъи II дорои бисёр гетеронаноструктураи иерархӣ мебошанд, механизмҳои гуногуни ҳассос пешниҳод карда шудаанд.Дар сохтори сенсории навъи III дар канали гузаронанда гетероидкуние, ки дар гетероид ба вучуд меояд, бартарият дорад ва механизми дарк тамоман дигар аст.Бинобар ин, муайян кардани тагйирёбии баландии монеаи гетероидкуниро баъди ба датчики типи III дучор шудани гази максаднок муайян кардан зарур аст.Бо ин тарҳ, сенсорҳои худкори гази фотоэлектрикӣ метавонанд барои кам кардани истеъмоли нерӯи барқ сохта шаванд.Бо вуҷуди ин, азбаски раванди истеҳсоли ҳозира хеле мураккаб аст ва ҳассосият нисбат ба сенсорҳои анъанавии гази химиявӣ дар асоси MOS хеле пасттар аст, дар таҳқиқоти сенсорҳои гази худкор ҳоло ҳам пешравиҳои зиёд мавҷуданд.
Бартариҳои асосии сенсорҳои гази MOS бо гетеронаноструктураҳои иерархӣ суръат ва ҳассосияти баландтар мебошанд.Бо вуҷуди ин, баъзе мушкилоти асосии сенсорҳои гази MOS (масалан, ҳарорати баланди корӣ, устувории дарозмуддат, суст интихобӣ ва такроршавандагӣ, таъсири намӣ ва ғайра) ҳанӯз вуҷуд доранд ва бояд пеш аз истифодаи онҳо дар барномаҳои амалӣ ҳал карда шаванд.Сенсорҳои муосири гази MOS маъмулан дар ҳарорати баланд кор мекунанд ва қувваи зиёдеро истеъмол мекунанд, ки ба устувории дарозмуддати сенсор таъсир мерасонад.Ду равиши маъмул барои ҳалли ин мушкилот вуҷуд дорад: (1) таҳияи микросхемаҳои сенсории камқувват;(2) таҳияи маводи нави ҳассос, ки метавонанд дар ҳарорати паст ё ҳатто дар ҳарорати хонагӣ кор кунанд.Яке аз равишҳои таҳияи микросхемаҳои сенсорҳои камқувват ин кам кардани андозаи сенсор тавассути сохтани плитаҳои гармидиҳанда дар асоси сафол ва кремний мебошад163.Плитаҳои гармидиҳии гармидиҳанда дар асоси сафолӣ тақрибан 50-70 мВ барои як сенсор истеъмол мекунанд, дар ҳоле ки плитаҳои гармидиҳии хурди кремний дар асоси оптимизатсияшуда ҳангоми кор дар ҳарорати доимӣ дар ҳарорати 300 °C 163,164 камтар аз 2 мВт барои як сенсор истеъмол мекунанд.Таҳияи маводҳои нави ҳассос як роҳи муассири коҳиш додани масрафи нерӯ тавассути паст кардани ҳарорати корӣ мебошад ва инчунин метавонад устувории сенсорҳоро беҳтар кунад.Ҳангоме ки андозаи MOS барои баланд бардоштани ҳассосияти сенсор коҳиш меёбад, устувории гармии MOS мушкилтар мегардад, ки метавонад боиси дрейф дар сигнали сенсор гардад165.Илова бар ин, ҳарорати баланд ба паҳншавии мавод дар гетероинтерфейс ва ташаккули фазаҳои омехта мусоидат мекунад, ки ба хосиятҳои электронии сенсор таъсир мерасонад.Муҳаққиқон гузориш медиҳанд, ки ҳарорати оптималии кори сенсорро тавассути интихоби маводи мувофиқи ҳассос ва таҳияи гетеронаноструктураҳои MOS коҳиш додан мумкин аст.Ҷустуҷӯи усули пасти ҳарорат барои сохтани гетеронаноструктураҳои кристаллии MOS боз як равиши ояндадор барои беҳтар кардани устуворӣ мебошад.
Интихоби сенсорҳои MOS як масъалаи дигари амалӣ аст, зеро газҳои гуногун бо гази мавриди ҳадаф якҷоя зиндагӣ мекунанд, дар ҳоле ки сенсорҳои MOS аксар вақт ба зиёда аз як газ ҳассосанд ва аксар вақт ҳассосияти салибро нишон медиҳанд.Аз ин рӯ, баланд бардоштани интихоби сенсор ба гази мавриди ҳадаф ва инчунин ба дигар газҳо барои барномаҳои амалӣ муҳим аст.Дар тӯли чанд даҳсолаи охир, интихоб қисман тавассути сохтани массивҳои сенсорҳои газ бо номи "бинии электронӣ (E-nose)" дар якҷоягӣ бо алгоритмҳои таҳлили ҳисоббарорӣ, ба монанди квантизатсияи вектори омӯзишӣ (LVQ), таҳлили ҷузъҳои асосӣ (PCA), ва гайра д.Мушкилоти ҷинсӣ.Майдонҳои қисман камтарин (PLS) ва ғ. 31, 32, 33, 34. Ду омили асосӣ (шумораи сенсорҳо, ки бо навъи маводи ҳассос ва таҳлили ҳисоббарорӣ зич алоқаманданд) барои беҳтар кардани қобилияти бинии электронӣ муҳиманд. муайян кардани газхо169.Бо вуҷуди ин, зиёд кардани шумораи сенсорҳо одатан бисёр равандҳои мураккаби истеҳсолиро талаб мекунад, аз ин рӯ ёфтани усули оддии беҳтар кардани кори бинии электронӣ муҳим аст.Илова бар ин, тағир додани MOS бо дигар маводҳо инчунин метавонад интихоби сенсорро зиёд кунад.Масалан, муайянкунии интихобии H2 метавонад аз ҳисоби фаъолияти хуби каталитикии MOS бо NP Pd тағир дода шавад.Дар солҳои охир, баъзе муҳаққиқон сатҳи MOS MOF-ро барои беҳтар кардани интихоби сенсор тавассути истиснои андоза пӯшониданд171,172.Аз ин кор илҳом гирифта, функсионализатсияи моддӣ метавонад ба гунае мушкилоти интихобро ҳал кунад.Бо вучуди ин дар бобати дуруст интихоб кардани материал хануз бисьёр кор кардан лозим меояд.
Такрорпазирии характеристикахои датчикхое, ки дар шароити якхела ва усулхо истехсол карда мешаванд, боз як талаби мухими истехсолоти калон ва татбики амалии онхо мебошад.Одатан, усулҳои центрифуга ва ғӯтонда усулҳои камхарҷ барои истеҳсоли сенсорҳои гази баландсифат мебошанд.Аммо дар рафти ин равандњо маводи њассос ба љамъшавї майл дорад ва муносибати байни маводи њассос ва субстрат заиф мешавад68, 138, 168. Дар натиља њассосият ва устувории сенсор ба таври назаррас бад шуда, иљрои кор такроршаванда мегардад.Усулҳои дигари истеҳсолӣ, аз қабили пошидан, ALD, таҳшини лазерии импулсӣ (PLD) ва таҳшини бухори ҷисмонӣ (PVD) имкон медиҳанд, ки филмҳои дуқабата ё бисёрқабати MOS мустақиман дар субстратҳои намунавии кремний ё гилхок истеҳсол карда шаванд.Ин усулҳо аз ҷамъшавии маводи ҳассос канорагирӣ мекунанд, такроршавандагии сенсорҳоро таъмин мекунанд ва имкони истеҳсоли миқёси васеъи сенсорҳои тунуки ҳамворро нишон медиҳанд.Бо вуҷуди ин, ҳассосияти ин плёнкаҳои ҳамвор ба таври умум нисбат ба маводи наноструктураи 3D хеле пасттар аст, зеро майдони мушаххаси сатҳи хурд ва гузариши гази пасти онҳо41,174.Стратегияҳои нави афзоиши гетеронаноструктураҳои MOS дар маконҳои мушаххас дар микроаррейҳои сохторӣ ва назорати дақиқи ҳаҷм, ғафсӣ ва морфологияи маводҳои ҳассос барои истеҳсоли арзони сенсорҳои сатҳи вафли бо такроршавандагӣ ва ҳассосияти баланд муҳиманд.Масалан, Лю ва дигарон.174 стратегияи якҷояи аз боло ба поён ва аз поён ба болоро барои тавлиди кристаллитҳои баландсуръат тавассути парвариши нановатурҳои Ni(OH)2 дар маконҳои мушаххас пешниҳод кардааст..Вафли барои микросӯзандагон.
Илова бар ин, дар барномаҳои амалӣ таъсири намӣ ба сенсорро баррасӣ кардан муҳим аст.Молекулаҳои об метавонанд бо молекулаҳои оксиген барои ҷойҳои адсорбсия дар маводи сенсорӣ рақобат кунанд ва ба масъулияти сенсор барои гази мавриди ҳадаф таъсир расонанд.Мисли оксиген, об ҳамчун молекула тавассути сорбсияи ҷисмонӣ амал мекунад ва инчунин метавонад дар шакли радикалҳои гидроксилӣ ё гурӯҳҳои гидроксилӣ дар истгоҳҳои гуногуни оксидшавӣ тавассути химисорбсия мавҷуд бошад.Илова бар ин, аз сабаби сатҳи баланд ва намии тағйирёбандаи муҳити зист, вокуниши боэътимоди сенсор ба гази мавриди ҳадаф мушкилоти бузург аст.Якчанд стратегияҳо барои ҳалли ин мушкилот таҳия шудаанд, аз қабили консентратсияи пешакии газ177, ҷуброни намӣ ва усулҳои реактивии реактивӣ178, инчунин усулҳои хушккунӣ179,180.Аммо, ин усулҳо гарон, мураккабанд ва ҳассосияти сенсорро коҳиш медиҳанд.Якчанд стратегияҳои арзон барои рафъ кардани таъсири намӣ пешниҳод карда шудаанд.Масалан, ороиши SnO2 бо нанозаррачаҳои Pd метавонад ба табдили оксигени адсорбшуда ба зарраҳои анионӣ мусоидат кунад, дар ҳоле ки функсияи SnO2 бо маводи дорои наздикии баланд ба молекулаҳои об, ба монанди NiO ва CuO, ду роҳи пешгирии вобастагии намӣ аз молекулаҳои об мебошанд..Датчикҳои 181, 182, 183. Илова бар ин, таъсири намиро бо истифода аз маводи гидрофобӣ барои ташаккули сатҳҳои гидрофобӣ низ кам кардан мумкин аст36,138,184,185.Бо вуҷуди ин, таҳияи сенсорҳои гази ба намӣ тобовар ҳанӯз дар марҳилаи аввал аст ва барои ҳалли ин мушкилот стратегияҳои пешрафта лозиманд.
Хулоса, беҳбудиҳо дар кори ошкоркунӣ (масалан, ҳассосият, интихобӣ, ҳарорати пасти оптималии корӣ) тавассути эҷоди гетеронаноструктураҳои MOS ба даст оварда шуданд ва механизмҳои гуногуни такмилёфта пешниҳод карда шуданд.Дар вакти омухтани механизми хискунандаи сенсори муайян сохтори геометрии аппаратро низ ба назар гирифтан лозим аст.Барои боз ҳам беҳтар кардани кори сенсорҳои газ ва ҳалли мушкилоти боқимонда дар оянда таҳқиқот дар бораи маводҳои нави ҳассос ва таҳқиқот дар бораи стратегияҳои пешрафтаи истеҳсолӣ лозим аст.Барои танзими идорашавандаи характеристикаҳои сенсорӣ бояд мунтазам робитаи байни усули синтетикии маводи сенсорӣ ва вазифаи гетеронаноструктураҳо бунёд карда шавад.Илова бар ин, омӯзиши реаксияҳои рӯизаминӣ ва тағирёбии гетероинтерфейсҳо бо истифода аз усулҳои муосири тавсифӣ метавонад барои равшан кардани механизмҳои дарки онҳо ва пешниҳоди тавсияҳо барои таҳияи сенсорҳо дар асоси маводи гетеронаноструктуравӣ кӯмак расонад.Ниҳоят, омӯзиши стратегияҳои муосири истеҳсоли сенсорҳо метавонад имкон диҳад, ки сенсорҳои гази миниётуравӣ дар сатҳи вафли барои барномаҳои саноатии онҳо истеҳсол карда шаванд.
Гензел, НН ва дигарон.Омӯзиши тӯлонии сатҳи оксиди нитроген дар хона ва нишонаҳои нафаскашӣ дар кӯдакони гирифтори нафастангӣ дар шаҳрҳо.Гузар.Дурнамои саломатӣ.116, 1428–1432 (2008).
Вақти фиристодан: Ноябр-04-2022
