इनडोअर कार्बन मोनोऑक्साइड कार्बन डायऑक्साइड मिथेन क्लोरीन आणि इतर मल्टी-पॅरामीटर गॅस डिटेक्टर अलार्म इन्स्ट्रुमेंट

उच्च कार्यक्षमता, पोर्टेबल आणि सूक्ष्म गॅस सेन्सर्सचा विकास पर्यावरणीय देखरेख, सुरक्षा, वैद्यकीय निदान आणि कृषी क्षेत्रात वाढत्या प्रमाणात लक्ष वेधून घेत आहे.विविध शोध साधनांपैकी, मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (MOS) केमो-प्रतिरोधक गॅस सेन्सर व्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी त्यांच्या उच्च स्थिरता, कमी किमतीमुळे आणि उच्च संवेदनशीलतेमुळे सर्वात लोकप्रिय पर्याय आहेत.सेन्सरच्या कार्यक्षमतेत आणखी सुधारणा करण्याचा सर्वात महत्त्वाचा दृष्टिकोन म्हणजे MOS नॅनोमटेरियल्समधून नॅनोसाइज्ड MOS-आधारित हेटरोजंक्शन्स (हेटरो-नॅनोस्ट्रक्चर्ड MOS) तयार करणे.तथापि, हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्ड एमओएस सेन्सरची सेन्सिंग यंत्रणा सिंगल एमओएस गॅस सेन्सरपेक्षा वेगळी आहे, कारण ती खूपच गुंतागुंतीची आहे.संवेदनशील सामग्रीचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म (जसे की धान्याचा आकार, दोष घनता आणि मटेरियल ऑक्सिजन रिक्त जागा), ऑपरेटिंग तापमान आणि उपकरणाची रचना यासह विविध पॅरामीटर्समुळे सेन्सरची कार्यक्षमता प्रभावित होते.हे पुनरावलोकन विषम नॅनोस्ट्रक्चर्ड एमओएस सेन्सरच्या संवेदन यंत्रणेचे विश्लेषण करून उच्च कार्यक्षमता गॅस सेन्सर डिझाइन करण्यासाठी अनेक संकल्पना सादर करते.याव्यतिरिक्त, संवेदनशील सामग्री आणि कार्यरत इलेक्ट्रोड यांच्यातील संबंधांद्वारे निर्धारित केलेल्या डिव्हाइसच्या भौमितीय संरचनेच्या प्रभावावर चर्चा केली जाते.सेन्सरच्या वर्तनाचा पद्धतशीरपणे अभ्यास करण्यासाठी, हा लेख विविध हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्ड सामग्रीवर आधारित उपकरणांच्या तीन वैशिष्ट्यपूर्ण भूमितीय संरचनांच्या आकलनाच्या सामान्य यंत्रणेचा परिचय आणि चर्चा करतो.हे विहंगावलोकन भविष्यातील वाचकांसाठी मार्गदर्शक म्हणून काम करेल जे गॅस सेन्सर्सच्या संवेदनशील यंत्रणेचा अभ्यास करतात आणि उच्च कार्यक्षमता गॅस सेन्सर विकसित करतात.
वायू प्रदूषण ही एक वाढती गंभीर समस्या आहे आणि एक गंभीर जागतिक पर्यावरणीय समस्या आहे जी लोक आणि सजीवांच्या कल्याणास धोका निर्माण करते.वायू प्रदूषकांच्या इनहेलेशनमुळे अनेक आरोग्य समस्या उद्भवू शकतात जसे की श्वसन रोग, फुफ्फुसाचा कर्करोग, रक्ताचा कर्करोग आणि अगदी अकाली मृत्यू 1,2,3,4.2012 ते 2016 पर्यंत, वायू प्रदूषणामुळे लाखो लोकांचा मृत्यू झाल्याची नोंद करण्यात आली होती आणि दरवर्षी अब्जावधी लोक खराब हवेच्या गुणवत्तेच्या संपर्कात आले होते5.म्हणून, पोर्टेबल आणि सूक्ष्म गॅस सेन्सर विकसित करणे महत्वाचे आहे जे रिअल-टाइम फीडबॅक आणि उच्च शोध कार्यप्रदर्शन (उदा., संवेदनशीलता, निवडकता, स्थिरता आणि प्रतिसाद आणि पुनर्प्राप्ती वेळा) प्रदान करू शकतात.पर्यावरण निरीक्षणाव्यतिरिक्त, गॅस सेन्सर सुरक्षा6,7,8, वैद्यकीय निदान 9,10, जलचर 11 आणि इतर क्षेत्रांमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात.
आजपर्यंत, विविध सेन्सिंग यंत्रणेवर आधारित अनेक पोर्टेबल गॅस सेन्सर सादर केले गेले आहेत, जसे की ऑप्टिकल13,14,15,16,17,18, इलेक्ट्रोकेमिकल19,20,21,22 आणि रासायनिक प्रतिरोधक सेन्सर 23,24.त्यापैकी, मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (MOS) रासायनिक प्रतिरोधक सेन्सर त्यांच्या उच्च स्थिरता आणि कमी किमतीमुळे 25,26 व्यावसायिक अनुप्रयोगांमध्ये सर्वात लोकप्रिय आहेत.एमओएस प्रतिरोधकतेतील बदल शोधून दूषित घटकांची एकाग्रता निश्चित केली जाऊ शकते.1960 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, ZnO पातळ फिल्म्सवर आधारित पहिले केमो-प्रतिरोधक गॅस सेन्सर नोंदवले गेले, ज्यामुळे गॅस शोधण्याच्या 27,28 क्षेत्रात प्रचंड रस निर्माण झाला.आज, अनेक भिन्न MOS वायू संवेदनशील साहित्य म्हणून वापरले जातात, आणि त्यांना त्यांच्या भौतिक गुणधर्मांवर आधारित दोन श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकते: बहुसंख्य चार्ज वाहक म्हणून इलेक्ट्रॉनसह n-प्रकार MOS आणि बहुसंख्य चार्ज वाहक म्हणून छिद्रांसह p-प्रकार MOS.चार्ज वाहक.सर्वसाधारणपणे, p-प्रकार MOS n-प्रकार MOS पेक्षा कमी लोकप्रिय आहे कारण p-प्रकार MOS (Sp) चा प्रेरक प्रतिसाद n-प्रकार MOS च्या वर्गमूळाच्या प्रमाणात आहे (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) समान गृहीतकांवर (उदाहरणार्थ, समान आकारशास्त्रीय रचना आणि हवेतील बँडच्या झुकण्यामध्ये समान बदल) 29,30.तथापि, सिंगल-बेस एमओएस सेन्सर्सना अजूनही अपुरी ओळख मर्यादा, कमी संवेदनशीलता आणि व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये निवडकता यासारख्या समस्यांचा सामना करावा लागतो.सेन्सर्सचे अॅरे (ज्याला "इलेक्ट्रॉनिक नोसेस" म्हणतात) तयार करून आणि प्रशिक्षण वेक्टर क्वांटायझेशन (LVQ), मुख्य घटक विश्लेषण (PCA), आणि आंशिक किमान वर्ग (PLS) विश्लेषण यांसारखे संगणकीय विश्लेषण अल्गोरिदम समाविष्ट करून काही प्रमाणात निवडक समस्या सोडवल्या जाऊ शकतात. 32, 33, 34, 35. याव्यतिरिक्त, कमी-आयामी MOS32,36,37,38,39 (उदा. एक-आयामी (1D), 0D आणि 2D नॅनोमटेरियल्स) चे उत्पादन, तसेच इतर नॅनोमटेरियल्सचा वापर ( उदा. MOS40,41,42, noble metal nanoparticles (NPs))43,44, कार्बन nanomaterials45,46 आणि conductive polymers47,48) nanoscale heterojunctions (म्हणजे heteronanostructured MOS) वरील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी इतर प्राधान्य पद्धती आहेत.पारंपारिक जाड एमओएस फिल्म्सच्या तुलनेत, उच्च विशिष्ट पृष्ठभागासह कमी-आयामी एमओएस गॅस शोषणासाठी अधिक सक्रिय साइट प्रदान करू शकतात आणि गॅस प्रसार 36,37,49 सुलभ करू शकतात.याव्यतिरिक्त, एमओएस-आधारित हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सचे डिझाइन हेटरोइंटरफेसवर वाहक वाहतूक अधिक ट्यून करू शकते, परिणामी भिन्न ऑपरेटिंग फंक्शन्स 50,51,52 मुळे प्रतिकारात मोठे बदल होतात.याव्यतिरिक्त, एमओएस हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सच्या डिझाइनमध्ये उद्भवणारे काही रासायनिक प्रभाव (उदा., उत्प्रेरक क्रियाकलाप आणि पृष्ठभागावरील प्रतिक्रिया) देखील सेन्सर कार्यप्रदर्शन सुधारू शकतात. सेन्सर कार्यप्रदर्शन, आधुनिक केमो-प्रतिरोधक सेन्सर सामान्यत: चाचणी आणि त्रुटी वापरतात, जे वेळ घेणारे आणि अकार्यक्षम आहे.त्यामुळे, MOS आधारित गॅस सेन्सरची संवेदना यंत्रणा समजून घेणे महत्त्वाचे आहे कारण ते उच्च कार्यक्षमतेच्या दिशात्मक सेन्सर्सच्या डिझाइनचे मार्गदर्शन करू शकते.
अलिकडच्या वर्षांत, MOS गॅस सेन्सर वेगाने विकसित झाले आहेत आणि MOS nanostructures55,56,57, खोलीचे तापमान गॅस सेन्सर 58,59, विशेष MOS सेन्सर सामग्री60,61,62 आणि विशेष गॅस सेन्सर 63 वर काही अहवाल प्रकाशित केले गेले आहेत.इतर पुनरावलोकनांमधील एक पुनरावलोकन पेपर एमओएसच्या आंतरिक भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांवर आधारित गॅस सेन्सरची संवेदना यंत्रणा स्पष्ट करण्यावर केंद्रित आहे, ज्यामध्ये ऑक्सिजन रिक्त स्थान 64 ची भूमिका, हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स 55, 65 ची भूमिका आणि हेटरोइंटरफेस 66 वर चार्ज हस्तांतरण समाविष्ट आहे. , इतर अनेक पॅरामीटर्स हेटरोस्ट्रक्चर, धान्य आकार, ऑपरेटिंग तापमान, दोष घनता, ऑक्सिजन रिक्त जागा आणि अगदी संवेदनशील सामग्रीचे खुले क्रिस्टल प्लेन 25,67,68,69,70,71 यासह सेन्सरच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करतात.72, 73. तथापि, सेन्सिंग मटेरियल आणि कार्यरत इलेक्ट्रोड यांच्यातील संबंधांद्वारे निर्धारित केलेल्या उपकरणाची (क्वचितच उल्लेख केलेली) भौमितिक रचना देखील सेन्सरच्या संवेदनशीलतेवर लक्षणीय परिणाम करते (अधिक तपशीलांसाठी विभाग 3 पहा) .उदाहरणार्थ, कुमार वगैरे.77 ने एकाच सामग्रीवर आधारित दोन गॅस सेन्सर नोंदवले (उदा., TiO2@NiO आणि NiO@TiO2 वर आधारित दोन-स्तर गॅस सेन्सर) आणि वेगवेगळ्या उपकरणांच्या भूमितींमुळे NH3 गॅस प्रतिरोधकतेमध्ये वेगवेगळे बदल पाहिले.म्हणून, गॅस-सेन्सिंग यंत्रणेचे विश्लेषण करताना, डिव्हाइसची रचना विचारात घेणे आवश्यक आहे.या पुनरावलोकनात, लेखक विविध विषम नॅनोस्ट्रक्चर्स आणि उपकरण संरचनांसाठी एमओएस-आधारित शोध यंत्रणांवर लक्ष केंद्रित करतात.आम्हाला विश्वास आहे की हे पुनरावलोकन वायू शोध यंत्रणा समजून घेण्यास आणि त्यांचे विश्लेषण करू इच्छिणाऱ्या वाचकांसाठी मार्गदर्शक म्हणून काम करू शकते आणि भविष्यातील उच्च कार्यक्षमता गॅस सेन्सर्सच्या विकासास हातभार लावू शकते.
अंजीर वर.1a एकाच MOS वर आधारित गॅस सेन्सिंग यंत्रणेचे मूळ मॉडेल दाखवते.जसजसे तापमान वाढते तसतसे, MOS पृष्ठभागावरील ऑक्सिजन (O2) रेणूंचे शोषण MOS मधून इलेक्ट्रॉन आकर्षित करेल आणि अॅनिओनिक प्रजाती (जसे की O2- आणि O-) तयार करेल.त्यानंतर, एन-टाइप एमओएससाठी इलेक्ट्रॉन डिप्लीशन लेयर (ईडीएल) किंवा पी-टाइप एमओएससाठी होल एक्युमुलेशन लेयर (एचएएल) नंतर एमओएस 15, 23, 78 च्या पृष्ठभागावर तयार होतो. O2 आणि मधील परस्परसंवाद MOS मुळे पृष्ठभाग MOS चा वहन बँड वरच्या दिशेने वाकतो आणि संभाव्य अडथळा निर्माण करतो.त्यानंतर, जेव्हा सेन्सर लक्ष्यित वायूच्या संपर्कात येतो, तेव्हा एमओएसच्या पृष्ठभागावर शोषलेला वायू आयनिक ऑक्सिजन प्रजातींशी प्रतिक्रिया देतो, एकतर इलेक्ट्रॉन (ऑक्सिडायझिंग गॅस) आकर्षित करतो किंवा इलेक्ट्रॉन दान करतो (वायू कमी करतो).लक्ष्य गॅस आणि MOS दरम्यान इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण EDL किंवा HAL30,81 ची रुंदी समायोजित करू शकते परिणामी MOS सेन्सरच्या एकूण प्रतिकारात बदल होतो.उदाहरणार्थ, कमी करणार्‍या वायूसाठी, इलेक्ट्रॉन कमी करणार्‍या वायूपासून एन-टाइप एमओएसमध्ये हस्तांतरित केले जातील, परिणामी ईडीएल कमी होईल आणि कमी प्रतिकार होईल, ज्याला एन-टाइप सेन्सर वर्तन म्हणून संबोधले जाते.याउलट, जेव्हा पी-टाइप एमओएस कमी करणार्‍या वायूच्या संपर्कात येते जे p-प्रकार संवेदनशीलता वर्तन ठरवते, तेव्हा एचएएल संकुचित होते आणि इलेक्ट्रॉन दानामुळे प्रतिकार वाढतो.ऑक्सिडायझिंग वायूंसाठी, वायू कमी करण्यासाठी सेन्सरचा प्रतिसाद त्याच्या उलट असतो.
एन-टाइप आणि पी-टाइप एमओएस साठी मूलभूत शोध यंत्रणा b वायू कमी आणि ऑक्सिडायझिंग करण्यासाठी सेमीकंडक्टर गॅस सेन्सर्समध्ये समाविष्ट असलेले मुख्य घटक आणि भौतिक-रासायनिक किंवा भौतिक गुणधर्म 89
मूलभूत तपास यंत्रणा व्यतिरिक्त, व्यावहारिक गॅस सेन्सर्समध्ये वापरल्या जाणार्‍या गॅस शोधण्याची यंत्रणा खूपच गुंतागुंतीची आहे.उदाहरणार्थ, गॅस सेन्सरचा प्रत्यक्ष वापर वापरकर्त्याच्या गरजेनुसार अनेक आवश्यकता (जसे की संवेदनशीलता, निवडकता आणि स्थिरता) पूर्ण करणे आवश्यक आहे.या आवश्यकता संवेदनशील सामग्रीच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांशी जवळून संबंधित आहेत.उदाहरणार्थ, Xu et al.71 ने दाखवून दिले की जेव्हा क्रिस्टल व्यास (d) SnO271 च्या Debye लांबी (λD) च्या दुप्पट किंवा त्यापेक्षा कमी असतो तेव्हा SnO2 आधारित सेन्सर सर्वोच्च संवेदनशीलता प्राप्त करतात.d ≤ 2λD असताना, O2 रेणूंच्या शोषणानंतर SnO2 पूर्णपणे संपुष्टात येतो आणि कमी करणाऱ्या वायूला सेन्सरचा प्रतिसाद जास्तीत जास्त असतो.याव्यतिरिक्त, इतर विविध पॅरामीटर्स सेन्सरच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करू शकतात, ज्यामध्ये ऑपरेटिंग तापमान, क्रिस्टल दोष आणि संवेदन सामग्रीचे उघडलेले क्रिस्टल प्लेन देखील समाविष्ट आहेत.विशेषतः, ऑपरेटिंग तापमानाचा प्रभाव लक्ष्यित वायूचे शोषण आणि पृथक्करण दर, तसेच शोषलेल्या वायूचे रेणू आणि ऑक्सिजन कण 4,82 यांच्यातील पृष्ठभागावरील प्रतिक्रिया यांच्यातील संभाव्य स्पर्धेद्वारे स्पष्ट केले आहे.क्रिस्टल दोषांचा प्रभाव ऑक्सिजन रिक्त स्थानांच्या सामग्रीशी जोरदारपणे संबंधित आहे [83, 84].ओपन क्रिस्टल फेस 67,85,86,87 च्या वेगवेगळ्या रिऍक्टिव्हिटीमुळे सेन्सरचे ऑपरेशन देखील प्रभावित होऊ शकते.कमी घनतेसह खुले क्रिस्टल विमाने उच्च उर्जेसह अधिक असंयोजित मेटल केशन्स प्रकट करतात, जे पृष्ठभागाच्या शोषण आणि प्रतिक्रियाशीलतेला प्रोत्साहन देतात88.तक्ता 1 मध्ये अनेक प्रमुख घटक आणि त्यांच्याशी संबंधित सुधारित ज्ञानेंद्रिय यंत्रणा सूचीबद्ध आहेत.म्हणून, हे साहित्य पॅरामीटर्स समायोजित करून, शोध कार्यप्रदर्शन सुधारले जाऊ शकते आणि सेन्सर कार्यक्षमतेवर परिणाम करणारे मुख्य घटक निश्चित करणे महत्वाचे आहे.
Yamazoe89 आणि Shimanoe et al.68,71 यांनी सेन्सरच्या आकलनाच्या सैद्धांतिक यंत्रणेवर अनेक अभ्यास केले आणि सेन्सरच्या कार्यक्षमतेवर प्रभाव टाकणारे तीन स्वतंत्र मुख्य घटक प्रस्तावित केले, विशेषत: रिसेप्टर फंक्शन, ट्रान्सड्यूसर फंक्शन आणि उपयुक्तता (चित्र 1b)..रिसेप्टर फंक्शन गॅस रेणूंशी संवाद साधण्यासाठी एमओएस पृष्ठभागाच्या क्षमतेचा संदर्भ देते.हे कार्य एमओएसच्या रासायनिक गुणधर्मांशी जवळून संबंधित आहे आणि परदेशी स्वीकार्यांचा परिचय करून (उदाहरणार्थ, मेटल एनपी आणि इतर एमओएस) मध्ये लक्षणीय सुधारणा केली जाऊ शकते.ट्रान्सड्यूसर फंक्शन म्हणजे गॅस आणि एमओएस पृष्ठभाग यांच्यातील प्रतिक्रिया एमओएसच्या ग्रेन सीमेवर वर्चस्व असलेल्या इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करण्याच्या क्षमतेचा संदर्भ देते.अशा प्रकारे, एमओसी कण आकार आणि परदेशी रिसेप्टर्सच्या घनतेमुळे संवेदी कार्य लक्षणीयरित्या प्रभावित होते.Katoch et al.90 ने नोंदवले की ZnO-SnO2 नॅनोफायब्रिल्सच्या धान्य आकारात घट झाल्यामुळे ट्रान्सड्यूसर कार्यक्षमतेशी सुसंगत असंख्य हेटरोजंक्शन्स आणि सेन्सरची संवेदनशीलता वाढली.Wang et al.91 ने Zn2GeO4 च्या विविध धान्य आकारांची तुलना केली आणि धान्य सीमांचा परिचय दिल्यानंतर सेन्सरच्या संवेदनशीलतेमध्ये 6.5 पट वाढ दर्शविली.युटिलिटी हा आणखी एक महत्त्वाचा सेन्सर कार्यप्रदर्शन घटक आहे जो अंतर्गत MOS संरचनेत गॅसच्या उपलब्धतेचे वर्णन करतो.जर गॅस रेणू आत प्रवेश करू शकत नाहीत आणि अंतर्गत MOS सह प्रतिक्रिया करू शकत नाहीत, तर सेन्सरची संवेदनशीलता कमी होईल.उपयुक्तता एका विशिष्ट वायूच्या प्रसाराच्या खोलीशी जवळून संबंधित आहे, जी संवेदना सामग्रीच्या छिद्र आकारावर अवलंबून असते.सकाई वगैरे.92 ने फ्ल्यू गॅसेससाठी सेन्सरची संवेदनशीलता मॉडेल केली आणि असे आढळले की गॅसचे आण्विक वजन आणि सेन्सर झिल्लीची छिद्र त्रिज्या सेन्सर झिल्लीमधील वेगवेगळ्या गॅस प्रसाराच्या खोलीवर सेन्सरच्या संवेदनशीलतेवर परिणाम करतात.वरील चर्चा दर्शविते की रिसेप्टर फंक्शन, ट्रान्सड्यूसर फंक्शन आणि उपयुक्तता संतुलित करून आणि ऑप्टिमाइझ करून उच्च कार्यक्षमता गॅस सेन्सर विकसित केले जाऊ शकतात.
वरील कार्य एकाच MOS ची मूलभूत धारणा यंत्रणा स्पष्ट करते आणि MOS च्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणाऱ्या अनेक घटकांची चर्चा करते.या घटकांव्यतिरिक्त, हेटरोस्ट्रक्चर्सवर आधारित गॅस सेन्सर सेन्सर आणि रिसेप्टर फंक्शन्समध्ये लक्षणीय सुधारणा करून सेन्सरची कार्यक्षमता आणखी सुधारू शकतात.याव्यतिरिक्त, हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स उत्प्रेरक प्रतिक्रिया वाढवून, चार्ज ट्रान्सफरचे नियमन करून आणि अधिक शोषण साइट तयार करून सेन्सर कार्यप्रदर्शन सुधारू शकतात.आजपर्यंत, एमओएस हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सवर आधारित अनेक गॅस सेन्सर्सचा अभ्यास केला गेला आहे ज्यामुळे वर्धित संवेदना 95,96,97 वर चर्चा करण्यात आली आहे.मिलर आणि इतर.55 ने पृष्ठभाग-आश्रित, इंटरफेस-आश्रित आणि संरचनेवर अवलंबून असलेल्या हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सची संवेदनशीलता सुधारण्याची शक्यता असलेल्या अनेक यंत्रणांचा सारांश दिला.त्यापैकी, इंटरफेस-आश्रित प्रवर्धन यंत्रणा एका सिद्धांतामध्ये सर्व इंटरफेस परस्परसंवाद कव्हर करण्यासाठी खूप क्लिष्ट आहे, कारण हेटरोनानोस्ट्रक्चर्ड सामग्रीवर आधारित विविध सेन्सर्स (उदाहरणार्थ, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction, इ.) वापरले जाऊ शकतात. .स्कॉटकी गाठ).सामान्यतः, MOS-आधारित हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्ड सेन्सरमध्ये नेहमी दोन किंवा अधिक प्रगत सेन्सर यंत्रणा 98,99,100 समाविष्ट असतात.या अॅम्प्लीफिकेशन मेकॅनिझमचा समन्वयात्मक प्रभाव सेन्सर सिग्नलचे रिसेप्शन आणि प्रक्रिया वाढवू शकतो.अशाप्रकारे, संशोधकांना त्यांच्या गरजांनुसार बॉटम-अप गॅस सेन्सर विकसित करण्यात मदत करण्यासाठी विषम नॅनोस्ट्रक्चर्ड सामग्रीवर आधारित सेन्सर्सच्या आकलनाची यंत्रणा समजून घेणे महत्त्वपूर्ण आहे.याव्यतिरिक्त, उपकरणाची भौमितिक रचना देखील सेन्सर 74, 75, 76 च्या संवेदनशीलतेवर लक्षणीय परिणाम करू शकते. सेन्सरच्या वर्तनाचे पद्धतशीरपणे विश्लेषण करण्यासाठी, भिन्न भिन्न भिन्न सामग्रीवर आधारित तीन उपकरण संरचनांची संवेदना यंत्रणा सादर केली जाईल. आणि खाली चर्चा केली.
MOS आधारित गॅस सेन्सर्सच्या जलद विकासासह, विविध hetero-nanostructured MOS प्रस्तावित करण्यात आले आहेत.हेटरोइंटरफेसवरील शुल्क हस्तांतरण घटकांच्या भिन्न फर्मी स्तरांवर (Ef) अवलंबून असते.हेटरोइंटरफेसवर, इलेक्ट्रॉन एका बाजूने मोठ्या Ef सह दुसर्‍या बाजूला लहान Ef सह हलतात जोपर्यंत त्यांची फर्मी पातळी समतोल होईपर्यंत आणि छिद्रे, उलट.मग हेटरोइंटरफेसवरील वाहक संपुष्टात येतात आणि एक क्षीण थर तयार करतात.एकदा सेन्सर लक्ष्यित वायूच्या संपर्कात आल्यानंतर, हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्ड MOS वाहक एकाग्रता बदलते, जसे की अडथळ्याची उंची बदलते, ज्यामुळे डिटेक्शन सिग्नल वाढतो.याव्यतिरिक्त, हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स बनवण्याच्या विविध पद्धतींमुळे साहित्य आणि इलेक्ट्रोड यांच्यात भिन्न संबंध निर्माण होतात, ज्यामुळे भिन्न उपकरण भूमिती आणि भिन्न संवेदन यंत्रणा निर्माण होतात.या पुनरावलोकनात, आम्ही तीन भौमितिक उपकरण संरचना प्रस्तावित करतो आणि प्रत्येक संरचनेसाठी संवेदन यंत्रणेवर चर्चा करतो.
जरी गॅस डिटेक्शन कार्यप्रदर्शनामध्ये हेटरोजंक्शन्स खूप महत्त्वाची भूमिका बजावत असले तरी, संपूर्ण सेन्सरची डिव्हाइस भूमिती देखील शोधण्याच्या वर्तनावर लक्षणीय प्रभाव टाकू शकते, कारण सेन्सर वहन वाहिनीचे स्थान डिव्हाइस भूमितीवर खूप अवलंबून असते.आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, हेटरोजंक्शन एमओएस उपकरणांच्या तीन विशिष्ट भूमितींची येथे चर्चा केली आहे. पहिल्या प्रकारात, दोन एमओएस कनेक्शन यादृच्छिकपणे दोन इलेक्ट्रोड्समध्ये वितरीत केले जातात आणि प्रवाहकीय वाहिनीचे स्थान मुख्य एमओएसद्वारे निर्धारित केले जाते, दुसरे म्हणजे वेगवेगळ्या MOS मधून विषम नॅनोस्ट्रक्चर्सची निर्मिती, तर फक्त एक MOS इलेक्ट्रोडशी जोडलेला असतो.इलेक्ट्रोड कनेक्ट केलेले आहे, नंतर प्रवाहकीय चॅनेल सामान्यत: एमओएसच्या आत स्थित असते आणि थेट इलेक्ट्रोडशी जोडलेले असते.तिसर्‍या प्रकारात, दोन पदार्थ दोन इलेक्ट्रोड्सना स्वतंत्रपणे जोडलेले असतात, जे दोन पदार्थांमध्‍ये तयार झालेल्या हेटरोजंक्शनद्वारे यंत्रास मार्गदर्शन करतात.
यौगिकांमधील हायफन (उदा. “SnO2-NiO”) सूचित करते की दोन घटक फक्त मिश्रित आहेत (प्रकार I).दोन जोडण्यांमधील “@” चिन्ह (उदा. “SnO2@NiO”) सूचित करते की स्कॅफोल्ड मटेरियल (NiO) टाइप II सेन्सर स्ट्रक्चरसाठी SnO2 ने सजवलेले आहे.स्लॅश (उदा. “NiO/SnO2”) प्रकार III सेन्सर डिझाइन दर्शवते.
एमओएस कंपोझिटवर आधारित गॅस सेन्सरसाठी, दोन एमओएस घटक इलेक्ट्रोड्समध्ये यादृच्छिकपणे वितरीत केले जातात.सोल-जेल, कॉप्रीसिपिटेशन, हायड्रोथर्मल, इलेक्ट्रोस्पिनिंग आणि मेकॅनिकल मिक्सिंग पद्धती 98,102,103,104 यासह एमओएस कंपोझिट तयार करण्यासाठी असंख्य फॅब्रिकेशन पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत.अलीकडे, मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क्स (MOFs), सच्छिद्र स्फटिकासारखे संरचित साहित्याचा एक वर्ग जो मेटल सेंटर्स आणि ऑर्गेनिक लिंकर्सने बनलेला आहे, सच्छिद्र MOS कंपोझिट्स 105,106,107,108 च्या फॅब्रिकेशनसाठी टेम्पलेट्स म्हणून वापरला गेला आहे.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जरी MOS कंपोझिटची टक्केवारी सारखीच असली तरी, भिन्न उत्पादन प्रक्रिया वापरताना संवेदनशीलता वैशिष्ट्ये मोठ्या प्रमाणात बदलू शकतात. 109,110 उदाहरणार्थ, Gao et al.109 ने MoO3±SnO2 संमिश्रांवर आधारित दोन सेन्सर तयार केले आहेत. ( Mo:Sn = 1:1.9) आणि असे आढळले की विविध बनावट पद्धतींमुळे भिन्न संवेदनशीलता निर्माण होते.शापोश्निक आणि इतर.110 ने नोंदवले की सह-प्रक्षेपित SnO2-TiO2 ची वायू H2 ची प्रतिक्रिया यांत्रिकरित्या मिश्रित पदार्थांपेक्षा भिन्न आहे, अगदी त्याच Sn/Ti गुणोत्तरामध्ये.हा फरक उद्भवतो कारण MOP आणि MOP क्रिस्टलाईट आकार यांच्यातील संबंध वेगवेगळ्या संश्लेषण पद्धतींनुसार बदलतात 109,110.जेव्हा दात्याची घनता आणि सेमीकंडक्टर प्रकारानुसार धान्याचा आकार आणि आकार सुसंगत असतात, तेव्हा संपर्क भूमिती बदलत नसल्यास प्रतिसाद सारखाच राहिला पाहिजे 110.Staerz et al.111 ने नोंदवले की SnO2-Cr2O3 कोअर-शीथ (CSN) नॅनोफायबर्स आणि ग्राउंड SnO2-Cr2O3 CSN ची ओळख वैशिष्ट्ये जवळजवळ सारखीच होती, जे सूचित करते की नॅनोफायबर मॉर्फोलॉजी कोणताही फायदा देत नाही.
वेगवेगळ्या फॅब्रिकेशन पद्धतींव्यतिरिक्त, दोन वेगवेगळ्या MOSFET चे सेमीकंडक्टर प्रकार देखील सेन्सरच्या संवेदनशीलतेवर परिणाम करतात.दोन MOSFET एकाच प्रकारचे अर्धसंवाहक (nn किंवा pp जंक्शन) किंवा भिन्न प्रकारचे (pn जंक्शन) आहेत यावर अवलंबून ते दोन श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकते.जेव्हा गॅस सेन्सर एकाच प्रकारच्या MOS कंपोझिटवर आधारित असतात, तेव्हा दोन MOS चे मोलर रेशो बदलून, संवेदनशीलता प्रतिसाद वैशिष्ट्य अपरिवर्तित राहते आणि nn- किंवा pp-heterojunctions च्या संख्येवर अवलंबून सेन्सरची संवेदनशीलता बदलते.जेव्हा एक घटक संमिश्र (उदा. 0.9 ZnO-0.1 SnO2 किंवा 0.1 ZnO-0.9 SnO2) मध्ये प्रबळ असतो, तेव्हा वहन वाहिनी प्रबळ MOS द्वारे निर्धारित केली जाते, ज्याला होमोजंक्शन वहन वाहिनी 92 म्हणतात.जेव्हा दोन घटकांचे गुणोत्तर तुलनात्मक असतात, तेव्हा असे गृहित धरले जाते की वहन वाहिनी हेटेरोजंक्शन 98,102 द्वारे प्रबळ आहे.Yamazoe et al.112,113 ने नोंदवले की दोन घटकांचे हेटरोकॉन्टॅक्ट क्षेत्र सेन्सरची संवेदनशीलता मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते कारण घटकांच्या भिन्न कार्य कार्यांमुळे तयार होणारा हेटरोजंक्शन अडथळा इलेक्ट्रॉनच्या संपर्कात असलेल्या सेन्सरच्या प्रवाहाची गतिशीलता प्रभावीपणे नियंत्रित करू शकतो.विविध वातावरणीय वायू 112,113.अंजीर वर.आकृती 3a दाखवते की वेगवेगळ्या ZnO सामग्रीसह SnO2-ZnO तंतुमय श्रेणीबद्ध संरचनांवर आधारित सेन्सर (0 ते 10 mol % Zn पर्यंत) निवडकपणे इथेनॉल शोधू शकतात.त्यापैकी, SnO2-ZnO फायबर (7 mol.% Zn) वर आधारित सेन्सरने मोठ्या संख्येने हेटरोजंक्शन्स तयार केल्यामुळे आणि विशिष्ट पृष्ठभागाच्या क्षेत्रामध्ये वाढ झाल्यामुळे सर्वोच्च संवेदनशीलता दर्शविली, ज्यामुळे कनवर्टरचे कार्य वाढले आणि सुधारित झाले. संवेदनशीलता 90 तथापि, ZnO सामग्रीमध्ये आणखी 10 mol.% पर्यंत वाढ झाल्यामुळे, मायक्रोस्ट्रक्चर SnO2-ZnO कंपोझिट पृष्ठभाग सक्रियकरण क्षेत्रे गुंडाळू शकते आणि सेन्सरची संवेदनशीलता कमी करू शकते85.भिन्न Fe/Ni गुणोत्तर (Fig. 3b)114 सह NiO-NiFe2O4 pp हेटरोजंक्शन कंपोझिटवर आधारित सेन्सरसाठी देखील समान प्रवृत्ती दिसून येते.
SnO2-ZnO तंतूंच्या SEM प्रतिमा (7 mol.% Zn) आणि 260 °C वर 100 ppm च्या एकाग्रतेसह विविध वायूंना सेन्सर प्रतिसाद;54b शुद्ध NiO आणि NiO-NiFe2O4 संमिश्रांवर आधारित विविध वायूंच्या 50 ppm, 260 °C वर सेन्सर्सचे प्रतिसाद;114 (c) xSnO2-(1-x)Co3O4 रचना आणि xSnO2-(1-x)Co3O4 रचना प्रति 10 ppm CO, एसीटोन, C6H6 आणि SO2 मधील नोड्सच्या संख्येचे योजनाबद्ध आकृती आणि संबंधित प्रतिकार आणि संवेदनशीलता प्रतिक्रिया Sn/Co 98 चे मोलर रेशो बदलून 350 °C वर गॅस
Pn-MOS कंपोझिट MOS115 च्या अणु गुणोत्तरावर अवलंबून भिन्न संवेदनशीलता वर्तन दर्शवतात.सर्वसाधारणपणे, एमओएस कंपोझिटचे संवेदी वर्तन हे जास्त अवलंबून असते ज्यावर एमओएस सेन्सरसाठी प्राथमिक वहन वाहिनी म्हणून कार्य करते.म्हणून, कंपोझिटची टक्केवारी रचना आणि नॅनोस्ट्रक्चर वैशिष्ट्यीकृत करणे फार महत्वाचे आहे.Kim et al.98 ने xSnO2 ± (1-x)Co3O4 संमिश्र नॅनोफायबर्सच्या इलेक्ट्रोस्पिनिंगद्वारे आणि त्यांच्या सेन्सर गुणधर्मांचा अभ्यास करून संश्लेषित करून या निष्कर्षाची पुष्टी केली.SnO2 (Fig. 3c)98 ची टक्केवारी कमी करून SnO2-Co3O4 संमिश्र सेन्सरचे वर्तन n-प्रकारावरून p-प्रकारात बदलल्याचे त्यांनी निरीक्षण केले.याशिवाय, हेटरोजंक्शन-प्रबळ सेन्सर्स (0.5 SnO2-0.5 Co3O4 वर आधारित) यांनी C6H6 साठी होमोजंक्शन-प्रबळ सेन्सर्सच्या तुलनेत (उदा. उच्च SnO2 किंवा Co3O4 सेन्सर्स) सर्वाधिक प्रसारण दर दाखवले.0.5 SnO2-0.5 Co3O4 आधारित सेन्सरचा अंतर्निहित उच्च प्रतिकार आणि एकूण सेन्सर प्रतिकार सुधारण्याची त्याची अधिक क्षमता C6H6 ची सर्वोच्च संवेदनशीलता वाढवते.याव्यतिरिक्त, SnO2-Co3O4 heterointerfaces मधून उद्भवणारे जाळीचे जुळत नसलेले दोष गॅस रेणूंसाठी प्राधान्य शोषण साइट तयार करू शकतात, ज्यामुळे सेन्सर प्रतिसाद 109,116 वाढतो.
सेमीकंडक्टर-प्रकार एमओएस व्यतिरिक्त, एमओएस कंपोझिटचे स्पर्श वर्तन देखील एमओएस-117 चे रसायनशास्त्र वापरून सानुकूलित केले जाऊ शकते.Huo et al.117 ने Co3O4-SnO2 कंपोझिट तयार करण्यासाठी एक सोपी सोक-बेक पद्धत वापरली आणि आढळले की 10% च्या Co/Sn मोलर रेशोवर, सेन्सरने H2 ला p-प्रकार शोध प्रतिसाद आणि n-प्रकार संवेदनशीलता प्रदर्शित केली. H2.प्रतिसादCO, H2S आणि NH3 वायूंना सेन्सर प्रतिसाद आकृती 4a117 मध्ये दर्शविला आहे.कमी Co/Sn गुणोत्तरांवर, SnO2±SnO2 नॅनोग्रेन सीमांवर अनेक होमोजंक्शन्स तयार होतात आणि H2 (Figs. 4b,c)115 ला n-प्रकार सेन्सर प्रतिसाद प्रदर्शित करतात.10 mol पर्यंत Co/Sn गुणोत्तर वाढीसह.%, SnO2-SnO2 homojunctions ऐवजी, अनेक Co3O4-SnO2 हेटरोजंक्शन एकाच वेळी तयार झाले (चित्र 4d).Co3O4 H2 च्या संदर्भात निष्क्रिय असल्याने आणि SnO2 H2 सह तीव्र प्रतिक्रिया देत असल्याने, H2 ची आयनिक ऑक्सिजन प्रजातींसह प्रतिक्रिया प्रामुख्याने SnO2117 च्या पृष्ठभागावर होते.त्यामुळे, इलेक्ट्रॉन SnO2 कडे जातात आणि Ef SnO2 वहन बँडकडे वळतात, तर Ef Co3O4 अपरिवर्तित राहतात.परिणामी, सेन्सरचा प्रतिकार वाढतो, हे दर्शविते की उच्च Co/Sn गुणोत्तर असलेले साहित्य p-प्रकार संवेदन वर्तन प्रदर्शित करतात (Fig. 4e).याउलट, CO, H2S आणि NH3 वायू SnO2 आणि Co3O4 पृष्ठभागावरील आयनिक ऑक्सिजन प्रजातींशी प्रतिक्रिया देतात आणि इलेक्ट्रॉन गॅसमधून सेन्सरकडे जातात, परिणामी अडथळाची उंची आणि n-प्रकार संवेदनशीलता कमी होते (चित्र 4f)..हे भिन्न सेन्सर वर्तन Co3O4 च्या वेगवेगळ्या वायूंसह भिन्न प्रतिक्रियांमुळे आहे, ज्याची पुढे Yin et al ने पुष्टी केली आहे.118 .त्याचप्रमाणे, कटोच इ.119 ने दाखवून दिले की SnO2-ZnO कंपोझिटमध्ये H2 साठी चांगली निवडकता आणि उच्च संवेदनशीलता आहे.हे वर्तन घडते कारण H चे s-ऑर्बिटल आणि O चे p-ऑर्बिटल यांच्यातील मजबूत संकरीकरणामुळे H अणू ZnO च्या O पोझिशनमध्ये सहजपणे शोषले जाऊ शकतात, ज्यामुळे ZnO 120,121 चे मेटलायझेशन होते.
H2, CO, NH3 आणि H2S, b, c Co3O4/SnO2 सारख्या सामान्य कमी करणार्‍या वायूंसाठी Co/Sn-10% डायनॅमिक रेझिस्टन्स वक्र H2 साठी कमी % m वर कंपोझिट सेन्सिंग मेकॅनिझम आकृती.Co/Sn, df Co3O4 उच्च Co/Sn/SnO2 संमिश्र सह H2 आणि CO, H2S आणि NH3 ची यंत्रणा शोधणे
म्हणून, आम्ही योग्य फॅब्रिकेशन पद्धती निवडून, कंपोझिटचे धान्य आकार कमी करून आणि MOS कंपोझिटचे मोलर रेशो इष्टतम करून I-प्रकार सेन्सरची संवेदनशीलता सुधारू शकतो.याव्यतिरिक्त, संवेदनशील सामग्रीच्या रसायनशास्त्राची सखोल माहिती सेन्सरची निवडकता आणखी वाढवू शकते.
टाईप II सेन्सर स्ट्रक्चर्स ही आणखी एक लोकप्रिय सेन्सर रचना आहे जी एक "मास्टर" नॅनोमटेरियल आणि दुसरे किंवा अगदी तिसरे नॅनोमटेरियलसह विविध प्रकारचे विषम नॅनोस्ट्रक्चर्ड साहित्य वापरू शकते.उदाहरणार्थ, नॅनोपार्टिकल्स, कोर-शेल (CS) आणि मल्टीलेयर हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्ड मटेरियलने सजवलेले एक-आयामी किंवा द्विमितीय साहित्य सामान्यतः प्रकार II सेन्सर संरचनांमध्ये वापरले जाते आणि खाली तपशीलवार चर्चा केली जाईल.
अंजीर 2b(1) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे पहिल्या हेटेरोनानोस्ट्रक्चर मटेरियलसाठी (सजवलेले हेटेरोनानोस्ट्रक्चर), सेन्सरचे प्रवाहकीय चॅनेल बेस मटेरियलने जोडलेले आहेत.हेटरोजंक्शन्सच्या निर्मितीमुळे, सुधारित नॅनोपार्टिकल्स गॅस शोषण किंवा डिसॉर्प्शनसाठी अधिक प्रतिक्रियाशील साइट प्रदान करू शकतात आणि सेन्सिंग कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी उत्प्रेरक म्हणून देखील कार्य करू शकतात109,122,123,124.Yuan et al.41 ने नमूद केले की WO3 nanowires CeO2 nanodots सह सजवल्याने CeO2@WO3 heterointerface आणि CeO2 पृष्ठभागावर अधिक शोषण साइट्स मिळू शकतात आणि एसीटोनच्या प्रतिक्रियेसाठी अधिक केमिसॉर्ब्ड ऑक्सिजन प्रजाती निर्माण होऊ शकतात.गुणवान वगैरे.125. एक-आयामी Au@α-Fe2O3 वर आधारित अति-उच्च संवेदनशीलता एसीटोन सेन्सर प्रस्तावित करण्यात आला आहे आणि असे आढळून आले आहे की सेन्सरची संवेदनशीलता ऑक्सिजन स्त्रोत म्हणून O2 रेणूंच्या सक्रियतेद्वारे नियंत्रित केली जाते.Au NPs ची उपस्थिती एसीटोनच्या ऑक्सिडेशनसाठी ऑक्सिजन रेणूंचे जाळी ऑक्सिजनमध्ये विघटन करण्यास प्रोत्साहन देणारे उत्प्रेरक म्हणून कार्य करू शकते.Choi et al द्वारे समान परिणाम प्राप्त झाले.9 जेथे शोषलेल्या ऑक्सिजन रेणूंना आयनीकृत ऑक्सिजन प्रजातींमध्ये विलग करण्यासाठी आणि एसीटोनला संवेदनशील प्रतिसाद वाढविण्यासाठी Pt उत्प्रेरक वापरला गेला.2017 मध्ये, त्याच संशोधन संघाने हे दाखवून दिले की बाईमेटेलिक नॅनोकण हे सिंगल नोबल मेटल नॅनो पार्टिकल्सपेक्षा उत्प्रेरकामध्ये अधिक कार्यक्षम आहेत, आकृती 5126 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. 5a हे प्लॅटिनम-आधारित बायमेटेलिक (PtM) NPs च्या उत्पादन प्रक्रियेचे एक योजनाबद्ध आहे. 3 nm पेक्षा कमी सरासरी आकार.त्यानंतर, इलेक्ट्रोस्पिनिंग पद्धतीचा वापर करून, एसीटोन किंवा H2S (Fig. 5b–g) ची संवेदनशीलता आणि निवडकता वाढवण्यासाठी PtM@WO3 नॅनोफायबर्स प्राप्त केले गेले.अलीकडे, एकल अणू उत्प्रेरकांनी (SACs) उत्प्रेरक आणि वायू विश्लेषणाच्या क्षेत्रात अणू आणि ट्यून केलेल्या इलेक्ट्रॉनिक संरचना 127,128 च्या जास्तीत जास्त कार्यक्षमतेमुळे उत्प्रेरक कामगिरी दर्शविली आहे.शिन वगैरे.129 ने गॅस शोधण्यासाठी Pt@MCN@SnO2 इनलाइन फायबर तयार करण्यासाठी Pt-SA अँकर्ड कार्बन नायट्राइड (MCN), SnCl2 आणि PVP नॅनोशीट्सचा रासायनिक स्रोत म्हणून वापर केला.Pt@MCN ची सामग्री (0.13 wt.% ते 0.68 wt.% पर्यंत) असूनही, वायू फॉर्मल्डिहाइड Pt@MCN@SnO2 ची तपासणी कामगिरी इतर संदर्भ नमुन्यांपेक्षा श्रेष्ठ आहे (शुद्ध SnO2, MCN@SnO2 आणि Pt NPs@). SnO2)..या उत्कृष्ट शोध कार्यक्षमतेचे श्रेय Pt SA उत्प्रेरकची कमाल अणु कार्यक्षमता आणि SnO2129 सक्रिय साइट्सच्या किमान कव्हरेजला दिले जाऊ शकते.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) नॅनो पार्टिकल्स मिळविण्यासाठी अपोफेरिटिन-लोडेड एन्कॅप्सुलेशन पद्धत;bd प्रिस्टाइन WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3, आणि Pt-NiO@WO3 नॅनोफायबर्सचे डायनॅमिक गॅस संवेदनशील गुणधर्म;उदाहरणार्थ, PtPd@WO3, PtRn@WO3 आणि Pt-NiO@WO3 नॅनोफायबर सेन्सर्सच्या निवडक गुणधर्मांवर आधारित 1 पीपीएम ते इंटरफेरिंग गॅस १२६
याशिवाय, स्कॅफोल्ड मटेरियल आणि नॅनोपार्टिकल्स यांच्यात निर्माण होणारे हेटरोजंक्शन्स 130,131,132 सेन्सरची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी रेडियल मॉड्युलेशन मेकॅनिझमद्वारे वहन चॅनेल प्रभावीपणे सुधारू शकतात.अंजीर वर.आकृती 6a शुद्ध SnO2 आणि Cr2O3@SnO2 नॅनोवायर्सची सेन्सर वैशिष्ठ्ये दर्शविते आणि वायू कमी करण्यासाठी आणि ऑक्सिडायझिंग करण्यासाठी आणि संबंधित सेन्सर यंत्रणा 131 दर्शविते.शुद्ध SnO2 नॅनोवायरच्या तुलनेत, Cr2O3@SnO2 नॅनोवायरचा वायू कमी करण्यासाठीचा प्रतिसाद मोठ्या प्रमाणात वाढला आहे, तर ऑक्सिडायझिंग वायूंचा प्रतिसाद बिघडला आहे.या घटना SnO2 नॅनोवायरच्या संवहन वाहिन्यांच्या स्थानिक क्षीणतेशी घनिष्ठपणे संबंधित आहेत जे तयार झालेल्या pn हेटरोजंक्शनच्या रेडियल दिशेने आहेत.शुद्ध SnO2 nanowires च्या पृष्ठभागावर EDL रुंदी बदलून सेन्सर रेझिस्टन्स कमी आणि ऑक्सिडायझिंग वायूंच्या संपर्कात आल्यानंतर फक्त ट्यून केला जाऊ शकतो.तथापि, Cr2O3@SnO2 नॅनोवायरसाठी, शुद्ध SnO2 नॅनोवायरच्या तुलनेत हवेतील SnO2 नॅनोवायरचे प्रारंभिक DEL वाढले आहे आणि हेटरोजंक्शन तयार झाल्यामुळे वहन वाहिनी दाबली जाते.त्यामुळे, जेव्हा सेन्सर कमी करणाऱ्या वायूच्या संपर्कात येतो, तेव्हा अडकलेले इलेक्ट्रॉन SnO2 नॅनोवायरमध्ये सोडले जातात आणि EDL मोठ्या प्रमाणात कमी होते, परिणामी शुद्ध SnO2 nanowires पेक्षा जास्त संवेदनशीलता येते.याउलट, ऑक्सिडायझिंग गॅसवर स्विच करताना, DEL विस्तार मर्यादित असतो, परिणामी संवेदनशीलता कमी होते.Choi et al., 133 द्वारे तत्सम संवेदी प्रतिसाद परिणाम पाहण्यात आले ज्यामध्ये p-प्रकार WO3 नॅनोकणांनी सजवलेल्या SnO2 नॅनोवायरने वायू कमी करण्यासाठी लक्षणीय सुधारित संवेदी प्रतिसाद दर्शविला, तर n-सजावलेल्या SnO2 सेन्सर्सने ऑक्सिडायझिंग gases ची संवेदनशीलता सुधारली.TiO2 नॅनोपार्टिकल्स (Fig. 6b) 133. हा परिणाम प्रामुख्याने SnO2 आणि MOS (TiO2 किंवा WO3) नॅनोपार्टिकल्सच्या विविध कार्य कार्यांमुळे आहे.p-प्रकार (n-type) नॅनोकणांमध्ये, फ्रेमवर्क मटेरियल (SnO2) चे वहन वाहिनी रेडियल दिशेने विस्तारते (किंवा आकुंचन पावते) आणि नंतर, घट (किंवा ऑक्सिडेशन) च्या कृती अंतर्गत, पुढील विस्तार (किंवा लहान करणे) SnO2 च्या वहन वाहिनीचे – बरगडी ) वायूचे (चित्र 6b).
सुधारित LF MOS द्वारे प्रेरित रेडियल मॉड्युलेशन यंत्रणा.शुद्ध SnO2 आणि Cr2O3@SnO2 नॅनोवायर आणि संबंधित संवेदन यंत्रणा योजनाबद्ध आकृत्यांच्या आधारे 10 पीपीएम कमी करणार्‍या आणि ऑक्सिडायझिंग वायूंच्या प्रतिसादाचा सारांश;आणि WO3@SnO2 nanorods आणि शोध यंत्रणा 133 च्या संबंधित योजना
बायलेयर आणि मल्टीलेयर हेटरोस्ट्रक्चर उपकरणांमध्ये, यंत्राच्या वहन वाहिनीवर इलेक्ट्रोड्सच्या थेट संपर्कात लेयर (सामान्यतः तळाचा थर) वर्चस्व असतो आणि दोन स्तरांच्या इंटरफेसमध्ये तयार होणारे हेटरोजंक्शन तळाच्या थराची चालकता नियंत्रित करू शकते. .म्हणून, जेव्हा वायू वरच्या थराशी संवाद साधतात, तेव्हा ते खालच्या थराच्या वहन वाहिन्यांवर आणि उपकरणाच्या 134 प्रतिकारांवर लक्षणीय परिणाम करू शकतात.उदाहरणार्थ, कुमार वगैरे.77 ने NH3 साठी TiO2@NiO आणि NiO@TiO2 दुहेरी स्तरांचे विरुद्ध वर्तन नोंदवले.हा फरक उद्भवतो कारण दोन सेन्सरच्या वहन वाहिन्या वेगवेगळ्या सामग्रीच्या थरांमध्ये (अनुक्रमे NiO आणि TiO2) वर्चस्व गाजवतात आणि नंतर अंतर्निहित वहन वाहिन्यांमधील फरक 77 भिन्न असतात.
बिलेयर किंवा मल्टीलेयर हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स सामान्यतः स्पटरिंग, अॅटोमिक लेयर डिपॉझिशन (ALD) आणि सेंट्रीफ्यूगेशन 56,70,134,135,136 द्वारे तयार केले जातात.चित्रपटाची जाडी आणि दोन सामग्रीचे संपर्क क्षेत्र चांगले नियंत्रित केले जाऊ शकते.आकृती 7a आणि b इथेनॉल शोधण्यासाठी 135,137 साठी स्पटरिंगद्वारे मिळवलेल्या NiO@SnO2 आणि Ga2O3@WO3 नॅनोफिल्म्स दाखवतात.तथापि, या पद्धती सामान्यत: सपाट चित्रपट तयार करतात आणि या सपाट चित्रपट त्यांच्या कमी विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि गॅस पारगम्यतेमुळे 3D नॅनोस्ट्रक्चर्ड सामग्रीपेक्षा कमी संवेदनशील असतात.म्हणून, विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ ४१,५२,१३८ वाढवून संवेदनाक्षम कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी विविध पदानुक्रमांसह द्विलेयर चित्रपट तयार करण्यासाठी एक द्रव-चरण धोरण देखील प्रस्तावित केले आहे.Zhu et al139 ने H2S शोधण्यासाठी (Fig. 7c) SnO2 nanowires (ZnO@SnO2 nanowires) वर उच्च ऑर्डर केलेले ZnO नॅनोवायर तयार करण्यासाठी स्पटरिंग आणि हायड्रोथर्मल तंत्र एकत्र केले.1 पीपीएम H2S ला त्याचा प्रतिसाद स्फुटर्ड ZnO@SnO2 नॅनोफिल्म्सवर आधारित सेन्सरपेक्षा 1.6 पट जास्त आहे.लिऊ आणि इतर.52 ने हायरार्किकल SnO2@NiO नॅनोस्ट्रक्चर्स आणि त्यानंतर थर्मल अॅनिलिंग (चित्र 10d) तयार करण्यासाठी सिटू रासायनिक डिपॉझिशन पद्धतीचा वापर करून उच्च कार्यक्षमता H2S सेन्सरचा अहवाल दिला.पारंपारिक थुंकलेल्या SnO2@NiO बाईलेअर फिल्म्सच्या तुलनेत, SnO2@NiO श्रेणीबद्ध बिलेयर स्ट्रक्चरची संवेदनशीलता कार्यप्रदर्शन विशिष्ट पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळाच्या 52,137 वाढीमुळे लक्षणीयरीत्या सुधारली आहे.
एमओएसवर आधारित डबल लेयर गॅस सेन्सर.इथेनॉल शोधण्यासाठी NiO@SnO2 नॅनोफिल्म;इथेनॉल शोधण्यासाठी 137b Ga2O3@WO3 नॅनोफिल्म;135c उच्च क्रमित SnO2@ZnO bilayer श्रेणीबद्ध संरचना H2S शोधण्यासाठी;H2S52 शोधण्यासाठी 139d SnO2@NiO बायलेयर श्रेणीबद्ध रचना.
कोअर-शेल हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स (सीएसएचएन) वर आधारित प्रकार II उपकरणांमध्ये, संवेदन यंत्रणा अधिक गुंतागुंतीची असते, कारण वहन वाहिन्या आतील शेलपर्यंत मर्यादित नसतात.उत्पादन मार्ग आणि पॅकेजची जाडी (hs) दोन्ही प्रवाहकीय वाहिन्यांचे स्थान निर्धारित करू शकतात.उदाहरणार्थ, बॉटम-अप संश्लेषण पद्धती वापरताना, वहन चॅनेल सामान्यतः आतील गाभ्यापुरते मर्यादित असतात, जे संरचनेत दोन-स्तर किंवा बहुस्तरीय उपकरण संरचनांसारखे असते (चित्र 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 ने CSHN NiO@α-Fe2O3 आणि CuO@α-Fe2O3 मिळवण्यासाठी α-Fe2O3 नॅनोरोड्सवर NiO किंवा CuO NPs चा एक थर जमा करून एक तळ-अप दृष्टिकोन नोंदवला ज्यामध्ये मध्यवर्ती भागाद्वारे वहन वाहिनी मर्यादित होती.(nanorods α-Fe2O3).लिऊ आणि इतर.142 सिलिकॉन नॅनोवायरच्या तयार अॅरेवर TiO2 जमा करून CSHN TiO2 @ Si च्या मुख्य भागापर्यंत वहन वाहिनी मर्यादित करण्यात यशस्वी झाले.म्हणून, त्याचे संवेदन वर्तन (p-प्रकार किंवा n-प्रकार) केवळ सिलिकॉन नॅनोवायरच्या अर्धसंवाहक प्रकारावर अवलंबून असते.
तथापि, सर्वाधिक नोंदवलेले CSHN-आधारित सेन्सर (Fig. 2b(4)) हे संश्लेषित CS सामग्रीचे पावडर चिप्सवर हस्तांतरित करून तयार केले गेले.या प्रकरणात, सेन्सरचा वहन मार्ग हाऊसिंग जाडी (hs) द्वारे प्रभावित होतो.किमच्या गटाने गॅस शोधण्याच्या कार्यक्षमतेवर hs चा प्रभाव तपासला आणि संभाव्य शोध यंत्रणा 100,112,145,146,147,148 प्रस्तावित केली. असे मानले जाते की या संरचनेच्या संवेदन यंत्रणेमध्ये दोन घटक योगदान देतात: (1) शेलच्या EDL चे रेडियल मॉड्युलेशन आणि (2) इलेक्ट्रिक फील्ड स्मीअरिंग इफेक्ट (चित्र 8) 145. संशोधकांनी नमूद केले आहे की वहन वाहिनी जेव्हा hs > λD शेल लेयर 145 असते तेव्हा कॅरियर्सचे मुख्यतः शेल लेयरपर्यंत मर्यादित असते. असे मानले जाते की या संरचनेच्या संवेदन यंत्रणेमध्ये दोन घटक योगदान देतात: (1) शेलच्या EDL चे रेडियल मॉड्युलेशन आणि (2) इलेक्ट्रिक फील्ड स्मीअरिंग इफेक्ट (चित्र 8) 145. संशोधकांनी नमूद केले आहे की वहन वाहिनी जेव्हा hs > λD शेल लेयर 145 असते तेव्हा कॅरियर्सचे मुख्यतः शेल लेयरपर्यंत मर्यादित असते. Считается, что в механизме восприятия этой структуры участвуют два фактора: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки и (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. Исследователи отметили, что канал проводимости носителей в основном приурочено к оболочке, когда hs > λD оболочки145. असे मानले जाते की या संरचनेच्या आकलनाच्या यंत्रणेमध्ये दोन घटक गुंतलेले आहेत: (1) शेलच्या EDL चे रेडियल मॉड्युलेशन आणि (2) विद्युत क्षेत्र अस्पष्ट होण्याचा परिणाम (चित्र 8) 145. संशोधकांनी नमूद केले की hs > λD shells145 असताना वाहक वहन वाहिनी प्रामुख्याने शेलपर्यंत मर्यादित असते.असे मानले जाते की या संरचनेच्या शोध यंत्रणेमध्ये दोन घटक योगदान देतात: (1) शेलच्या डीईएलचे रेडियल मॉड्युलेशन आणि (2) इलेक्ट्रिक फील्ड स्मीअरिंगचा प्रभाव (चित्र 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壳层. > 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 ограничеон. संशोधकांनी नोंदवले की वहन वाहिनी जेव्हा शेलचे hs > λD145 असते तेव्हा वाहकांची संख्या प्रामुख्याने शेलद्वारे मर्यादित असते.म्हणून, CSHN वर आधारित सेन्सरच्या प्रतिरोधक मॉड्युलेशनमध्ये, क्लॅडिंग डीईएलचे रेडियल मॉड्युलेशन प्रचलित होते (चित्र 8a).तथापि, शेलच्या hs ≤ λD वर, शेलद्वारे शोषलेले ऑक्सिजन कण आणि CS हेटेरोजंक्शन येथे तयार होणारे हेटरोजंक्शन इलेक्ट्रॉन्सचा पूर्णपणे ऱ्हास करतात. म्हणून, वहन वाहिनी केवळ शेल लेयरच्या आतच नाही तर अंशतः कोरच्या भागात देखील असते, विशेषत: जेव्हा शेल लेयरचा hs < λD असतो. म्हणून, वहन वाहिनी केवळ शेल लेयरच्या आतच नाही तर अंशतः कोरच्या भागात देखील असते, विशेषत: जेव्हा शेल लेयरचा hs < λD असतो. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, но и частично в сердцевинной частиного сердцевинной чабости. म्हणून, वहन वाहिनी केवळ शेल लेयरच्या आतच नाही तर अंशतः मुख्य भागात देखील स्थित आहे, विशेषत: शेल लेयरच्या hs < λD वर.因此,传导通道不仅位于壳层内部,而且部分位于芯部,尤其是当壳层的hs < . hs < λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но и частично в сердцевине, особенно при hs <. म्हणून, वहन वाहिनी केवळ शेलच्या आतच नाही तर अंशतः कोरमध्ये देखील स्थित आहे, विशेषत: शेलच्या hs < λD वर.या प्रकरणात, पूर्णतः क्षीण झालेले इलेक्ट्रॉन शेल आणि अंशतः कमी झालेले कोर लेयर दोन्ही संपूर्ण CSHN चे प्रतिकार सुधारण्यास मदत करतात, परिणामी इलेक्ट्रिक फील्ड टेल इफेक्ट (चित्र 8b).काही इतर अभ्यासांनी एचएस प्रभाव100,148 चे विश्लेषण करण्यासाठी इलेक्ट्रिक फील्ड टेलऐवजी EDL व्हॉल्यूम फ्रॅक्शन संकल्पना वापरली आहे.हे दोन योगदान विचारात घेतल्यास, आकृती 8c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे hs शीथ λD शी तुलना करता तेव्हा CSHN रेझिस्टन्सचे एकूण मॉड्युलेशन सर्वात मोठे मूल्य गाठते.म्हणून, CSHN साठी इष्टतम hs शेल λD च्या जवळ असू शकते, जे प्रायोगिक निरीक्षणांशी सुसंगत आहे99,144,145,146,149.अनेक अभ्यासांनी दाखवून दिले आहे की hs CSHN-आधारित pn-heterojunction sensors40,148 च्या संवेदनशीलतेवर देखील परिणाम करू शकतो.ली आणि इतर.148 आणि बाई वगैरे.40 ने क्लॅडिंग ALD सायकल बदलून, TiO2@CuO आणि ZnO@NiO सारख्या pn-हेटरोजंक्शन CSHN सेन्सर्सच्या कार्यक्षमतेवर hs च्या प्रभावाची पद्धतशीरपणे तपासणी केली.परिणामी, hs40,148 वाढीसह संवेदी वर्तन p-type वरून n-type मध्ये बदलले.हे वर्तन या वस्तुस्थितीमुळे आहे की प्रथम (मर्यादित संख्येने एएलडी चक्रांसह) हेटरोस्ट्रक्चर्स सुधारित हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स म्हणून मानले जाऊ शकतात.अशा प्रकारे, वहन वाहिनी कोर लेयर (p-प्रकार MOSFET) द्वारे मर्यादित आहे, आणि सेन्सर p-प्रकार शोध वर्तन प्रदर्शित करतो.ALD चक्रांची संख्या जसजशी वाढते तसतसे, क्लेडिंग लेयर (n-type MOSFET) अर्ध-सतत बनते आणि वहन वाहिनी म्हणून कार्य करते, परिणामी n-प्रकार संवेदनशीलता येते.तत्सम संवेदी संक्रमण वर्तन पीएन ब्रँचेड हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स 150,151 साठी नोंदवले गेले आहे.झोऊ आणि इतर.150 ने Mn3O4 nanowires च्या पृष्ठभागावरील Zn2SnO4 सामग्री नियंत्रित करून Zn2SnO4@Mn3O4 ब्रंच्ड हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सच्या संवेदनशीलतेची तपासणी केली.जेव्हा Mn3O4 पृष्ठभागावर Zn2SnO4 केंद्रक तयार झाले, तेव्हा p-प्रकारची संवेदनशीलता दिसून आली.Zn2SnO4 सामग्रीमध्ये आणखी वाढ झाल्याने, ब्रँच केलेल्या Zn2SnO4@Mn3O4 हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सवर आधारित सेन्सर n-प्रकार सेन्सर वर्तनावर स्विच करतो.
CS nanowires च्या द्वि-कार्यात्मक सेन्सर यंत्रणेचे वैचारिक वर्णन दर्शविले आहे.a इलेक्ट्रॉन-डिप्लिटेड शेल्सच्या रेडियल मॉड्युलेशनमुळे रेझिस्टन्स मॉड्युलेशन, b रेझिस्टन्स मॉड्युलेशनवर स्मीअरिंगचा नकारात्मक प्रभाव आणि c दोन्ही प्रभावांच्या संयोजनामुळे सीएस नॅनोवायरचे एकूण रेझिस्टन्स मॉड्युलेशन 40
शेवटी, टाईप II सेन्सरमध्ये अनेक भिन्न श्रेणीबद्ध नॅनोस्ट्रक्चर्सचा समावेश होतो आणि सेन्सरची कार्यक्षमता प्रवाहकीय वाहिन्यांच्या व्यवस्थेवर खूप अवलंबून असते.म्हणून, सेन्सरच्या वहन वाहिनीची स्थिती नियंत्रित करणे आणि टाइप II सेन्सर्सच्या विस्तारित संवेदन यंत्रणेचा अभ्यास करण्यासाठी योग्य हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्ड एमओएस मॉडेल वापरणे महत्वाचे आहे.
टाईप III सेन्सर स्ट्रक्चर्स फार सामान्य नाहीत आणि वहन वाहिनी अनुक्रमे दोन इलेक्ट्रोडशी जोडलेल्या दोन सेमीकंडक्टरमध्ये तयार केलेल्या हेटरोजंक्शनवर आधारित आहे.युनिक डिव्हाईस स्ट्रक्चर्स सामान्यत: मायक्रोमशिनिंग तंत्राद्वारे मिळवल्या जातात आणि त्यांची सेन्सिंग यंत्रणा मागील दोन सेन्सर स्ट्रक्चर्सपेक्षा खूप वेगळी असते.प्रकार III सेन्सरचा IV वक्र हेटरोजंक्शन फॉर्मेशन 48,152,153 मुळे सामान्यत: विशिष्ट सुधारणा वैशिष्ट्ये प्रदर्शित करतो.आदर्श हेटरोजंक्शनच्या I-V वैशिष्ट्यपूर्ण वक्र हेटेरोजंक्शन अडथळा 152,154,155 च्या उंचीवर इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाच्या थर्मिओनिक यंत्रणेद्वारे वर्णन केले जाऊ शकते.
जेथे Va हा बायस व्होल्टेज आहे, A हे उपकरण क्षेत्र आहे, k हे बोल्टझमन स्थिरांक आहे, T हे परिपूर्ण तापमान आहे, q हे वाहक शुल्क आहे, Jn आणि Jp हे अनुक्रमे छिद्र आणि इलेक्ट्रॉन प्रसार करंट घनता आहेत.IS रिव्हर्स सॅचुरेशन करंटचे प्रतिनिधित्व करते, ज्याची व्याख्या: 152,154,155
म्हणून, pn heterojunction चा एकूण प्रवाह चार्ज वाहकांच्या एकाग्रतेतील बदल आणि heterojunction च्या अडथळ्याच्या उंचीतील बदलावर अवलंबून असतो, समीकरण (3) आणि (4) 156 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे
जेथे n-प्रकार (p-प्रकार) MOS मध्ये nn0 आणि pp0 हे इलेक्ट्रॉनचे (छिद्र) एकाग्रता आहेत, \(V_{bi}^0\) अंगभूत क्षमता आहे, Dp (Dn) हे प्रसरण गुणांक आहे इलेक्ट्रॉन (छिद्र), Ln (Lp ) ही इलेक्ट्रॉन (छिद्र) ची प्रसार लांबी आहे, ΔEv (ΔEc) हीटरोजंक्शनवर व्हॅलेन्स बँड (कंडक्शन बँड) ची ऊर्जा शिफ्ट आहे.वर्तमान घनता वाहक घनतेच्या प्रमाणात असली तरी, ती \(V_{bi}^0\) च्या घातांकरीत्या व्यस्त प्रमाणात असते.म्हणून, वर्तमान घनतेतील एकूण बदल हेटरोजंक्शन अडथळाच्या उंचीच्या मॉड्युलेशनवर जोरदारपणे अवलंबून असतात.
वर नमूद केल्याप्रमाणे, hetero-nanostructured MOSFETs (उदाहरणार्थ, प्रकार I आणि प्रकार II उपकरणे) ची निर्मिती वैयक्तिक घटकांऐवजी सेन्सरच्या कार्यक्षमतेत लक्षणीय सुधारणा करू शकते.आणि प्रकार III उपकरणांसाठी, सामग्रीच्या रासायनिक रचनेवर अवलंबून हेटेरोनानोस्ट्रक्चर प्रतिसाद दोन घटकांपेक्षा 48,153 किंवा एका घटक76 पेक्षा जास्त असू शकतो.अनेक अहवालांनी दर्शविले आहे की जेव्हा घटकांपैकी एक घटक लक्ष्य गॅस 48,75,76,153 साठी असंवेदनशील असतो तेव्हा हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सचा प्रतिसाद एका घटकापेक्षा खूप जास्त असतो.या प्रकरणात, लक्ष्यित वायू केवळ संवेदनशील थराशी संवाद साधेल आणि संवेदनशील स्तराचा Ef शिफ्ट करेल आणि हेटरोजंक्शन अडथळाच्या उंचीमध्ये बदल करेल.नंतर उपकरणाचा एकूण प्रवाह लक्षणीयरीत्या बदलेल, कारण ते समीकरणानुसार हेटरोजंक्शन अडथळाच्या उंचीशी व्यस्तपणे संबंधित आहे.(3) आणि (4) 48,76,153.तथापि, जेव्हा n-प्रकार आणि p-प्रकार दोन्ही घटक लक्ष्यित वायूसाठी संवेदनशील असतात, तेव्हा शोध कार्यप्रदर्शन दरम्यान कुठेतरी असू शकते.José et al.76 ने थुंकून एक सच्छिद्र NiO/SnO2 फिल्म NO2 सेन्सर तयार केला आणि असे आढळले की सेन्सरची संवेदनशीलता NiO आधारित सेन्सरपेक्षा जास्त आहे, परंतु SnO2 आधारित सेन्सरपेक्षा कमी आहे.सेन्सरही घटना SnO2 आणि NiO NO276 च्या विरुद्ध प्रतिक्रिया दर्शवितात या वस्तुस्थितीमुळे आहे.तसेच, दोन घटकांमध्ये भिन्न वायू संवेदनशीलता असल्याने, ऑक्सिडायझिंग आणि कमी करणारे वायू शोधण्याची त्यांची प्रवृत्ती समान असू शकते.उदाहरणार्थ, Kwon et al.157 ने चित्र 9a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे तिरकस स्पटरिंगद्वारे NiO/SnO2 pn-हेटरोजंक्शन गॅस सेन्सर प्रस्तावित केला आहे.विशेष म्हणजे, NiO/SnO2 pn-heterojunction सेन्सरने H2 आणि NO2 (Fig. 9a) साठी समान संवेदनशीलता कल दर्शविला.या निकालाचे निराकरण करण्यासाठी, Kwon et al.157 ने पद्धतशीरपणे तपासले की NO2 आणि H2 वाहक एकाग्रता कशी बदलतात आणि IV-वैशिष्ट्ये आणि संगणक सिम्युलेशन (Fig. 9bd) वापरून दोन्ही सामग्रीचे \(V_{bi}^0\) कसे बदलतात.आकृती 9b आणि c अनुक्रमे p-NiO (pp0) आणि n-SnO2 (nn0) वर आधारित सेन्सरची वाहक घनता बदलण्यासाठी H2 आणि NO2 ची क्षमता प्रदर्शित करतात.त्यांनी दर्शविले की p-प्रकार NiO चे pp0 NO2 वातावरणात किंचित बदलले आहे, तर H2 वातावरणात ते नाटकीयरित्या बदलले आहे (चित्र 9b).तथापि, n-प्रकार SnO2 साठी, nn0 उलट पद्धतीने वागते (चित्र 9c).या परिणामांच्या आधारे, लेखकांनी निष्कर्ष काढला की जेव्हा NiO/SnO2 pn heterojunction वर आधारित सेन्सरवर H2 लागू केले गेले, तेव्हा nn0 मध्ये वाढ झाल्याने Jn मध्ये वाढ झाली आणि \(V_{bi}^0\) ने प्रतिसादात घट (Fig. 9d ).NO2 च्या संपर्कात आल्यानंतर, SnO2 मधील nn0 मधील मोठी घट आणि NiO मधील pp0 मधील किरकोळ वाढ या दोन्हीमुळे \(V_{bi}^0\) मध्ये मोठी घट होते, जे संवेदी प्रतिसादात वाढ सुनिश्चित करते (चित्र 9d). ) 157 शेवटी, वाहकांच्या एकाग्रतेतील बदल आणि \(V_{bi}^0\) एकूण विद्युत् प्रवाहात बदल घडवून आणतात, ज्यामुळे शोधण्याच्या क्षमतेवर आणखी परिणाम होतो.
गॅस सेन्सरची सेन्सिंग यंत्रणा प्रकार III उपकरणाच्या संरचनेवर आधारित आहे.स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) क्रॉस-सेक्शनल प्रतिमा, p-NiO/n-SnO2 नॅनोकॉइल उपकरण आणि p-NiO/n-SnO2 नॅनोकॉइल हेटरोजंक्शन सेन्सरचे गुणधर्म H2 आणि NO2 साठी 200°C वर;b , c-डिव्हाइसचे क्रॉस-सेक्शनल SEM आणि p-NiO b-लेयर आणि n-SnO2 c-लेयर असलेल्या डिव्हाइसचे सिम्युलेशन परिणाम.b p-NiO सेन्सर आणि c n-SnO2 सेन्सर कोरड्या हवेत आणि H2 आणि NO2 च्या संपर्कात आल्यानंतर I–V वैशिष्ट्ये मोजतात आणि जुळतात.सेंटॉरस टीसीएडी सॉफ्टवेअर वापरून p-NiO मधील b-छिद्र घनतेचा द्विमितीय नकाशा आणि n-SnO2 लेयरमधील c-इलेक्ट्रॉनचा नकाशा तयार केला गेला.d कोरड्या हवेत p-NiO/n-SnO2 चा 3D नकाशा दाखवणारे सिम्युलेशन परिणाम, वातावरणात H2 आणि NO2157.
सामग्रीच्या स्वतःच्या रासायनिक गुणधर्मांव्यतिरिक्त, प्रकार III उपकरणाची रचना स्वयं-चालित गॅस सेन्सर तयार करण्याची शक्यता दर्शवते, जे प्रकार I आणि प्रकार II उपकरणांसह शक्य नाही.त्यांच्या अंतर्निहित विद्युत क्षेत्रामुळे (BEF), pn heterojunction डायोड संरचना सामान्यतः फोटोव्होल्टेइक उपकरणे तयार करण्यासाठी वापरली जातात आणि प्रदीपन74,158,159,160,161 अंतर्गत खोलीच्या तपमानावर स्वयं-चालित फोटोइलेक्ट्रिक गॅस सेन्सर बनविण्याची क्षमता दर्शवतात.हेटरोइंटरफेसवरील बीईएफ, सामग्रीच्या फर्मी स्तरांमधील फरकामुळे, इलेक्ट्रॉन-होल जोड्यांचे विभक्त होण्यास देखील योगदान देते.स्वयं-चालित फोटोव्होल्टेइक गॅस सेन्सरचा फायदा म्हणजे त्याचा कमी उर्जा वापर कारण तो प्रकाशमय प्रकाशाची उर्जा शोषून घेतो आणि नंतर बाह्य उर्जा स्त्रोताची आवश्यकता न ठेवता स्वतः किंवा इतर लघु उपकरणांवर नियंत्रण ठेवू शकतो.उदाहरणार्थ, तनुमा आणि सुगियामा162 ने SnO2-आधारित पॉलीक्रिस्टलाइन CO2 सेन्सर्स सक्रिय करण्यासाठी NiO/ZnO pn heterojunctions सोलर सेल म्हणून तयार केले आहेत.गड वगैरे.74 ने आकृती 10a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे Si/ZnO@CdS pn heterojunction वर आधारित स्वयं-चालित फोटोव्होल्टेइक गॅस सेन्सरचा अहवाल दिला.Si/ZnO pn heterojunctions तयार करण्यासाठी अनुलंब ओरिएंटेड ZnO नॅनोवायर थेट p-प्रकार सिलिकॉन सब्सट्रेट्सवर उगवले गेले.नंतर ZnO नॅनोवायरच्या पृष्ठभागावर रासायनिक पृष्ठभागाच्या फेरफार करून CdS नॅनोकणांमध्ये सुधारणा करण्यात आली.अंजीर वर.10a O2 आणि इथेनॉलसाठी ऑफ-लाइन Si/ZnO@CdS सेन्सर प्रतिसाद परिणाम दर्शविते.प्रदीपन अंतर्गत, Si/ZnO heterointerface वर BEP दरम्यान इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या विभक्त झाल्यामुळे ओपन-सर्किट व्होल्टेज (Voc) कनेक्ट केलेल्या डायोड्सच्या संख्येसह रेखीयरित्या वाढते 74,161.Voc समीकरणाद्वारे दर्शविले जाऊ शकते.(५) १५६,
जेथे ND, NA, आणि Ni हे अनुक्रमे देणगीदार, स्वीकारकर्ते आणि आंतरिक वाहक यांचे सांद्रता आहेत आणि k, T, आणि q हे मागील समीकरणाप्रमाणेच समान मापदंड आहेत.ऑक्सिडायझिंग वायूंच्या संपर्कात आल्यावर, ते ZnO nanowires मधून इलेक्ट्रॉन काढतात, ज्यामुळे \(N_D^{ZnO}\) आणि Voc मध्ये घट होते.याउलट, गॅस कमी झाल्यामुळे Voc (Fig. 10a) मध्ये वाढ झाली.ZnO ला CdS नॅनोकणांनी सजवताना, CdS नॅनोपार्टिकल्समधील फोटोएक्साइटेड इलेक्ट्रॉन्स ZnO च्या वहन बँडमध्ये इंजेक्ट केले जातात आणि शोषलेल्या वायूशी संवाद साधतात, ज्यामुळे आकलन कार्यक्षमता 74,160 वाढते.Si/ZnO वर आधारित तत्सम स्वयं-चालित फोटोव्होल्टेइक गॅस सेन्सर हॉफमन एट अल यांनी नोंदवले होते.160, 161 (Fig. 10b).हे सेन्सर कामाचे कार्य समायोजित करण्यासाठी अमाईन-फंक्शनलाइज्ड ZnO नॅनोपार्टिकल्स ([3-(2-aminoethylamino)propyl] trimethoxysilane) (amino-functionalized-SAM) आणि thiol (3-mercaptopropyl)-कार्यक्षमता वापरून तयार केले जाऊ शकते. NO2 (trimethoxysilane) (thiol-functionalized-SAM)) (Fig. 10b) 74,161 च्या निवडक शोधासाठी लक्ष्य गॅसचे.
टाईप III यंत्राच्या संरचनेवर आधारित स्वयं-चालित फोटोइलेक्ट्रिक गॅस सेन्सर.Si/ZnO@CdS वर आधारित स्वयं-संचालित फोटोव्होल्टेइक गॅस सेन्सर, सूर्यप्रकाशाखाली ऑक्सिडाइज्ड (O2) आणि कमी झालेल्या (1000 ppm इथेनॉल) वायूंना स्वयं-शक्ती संवेदन यंत्रणा आणि सेन्सर प्रतिसाद;Si ZnO/ZnO सेन्सर्सवर आधारित 74b स्वयं-संचालित फोटोव्होल्टेइक गॅस सेन्सर आणि ZnO SAM च्या कार्यक्षमतेनंतर टर्मिनल अमाईन आणि थिओल्स 161 सह विविध वायूंना सेन्सर प्रतिसाद
म्हणून, प्रकार III सेन्सर्सच्या संवेदनशील यंत्रणेवर चर्चा करताना, हेटरोजंक्शन अडथळ्याच्या उंचीमधील बदल आणि वाहक एकाग्रतेवर प्रभाव टाकण्यासाठी गॅसची क्षमता निर्धारित करणे महत्वाचे आहे.याव्यतिरिक्त, प्रदीपन वायूंवर प्रतिक्रिया देणारे फोटोजनरेट केलेले वाहक तयार करू शकतात, जे स्वयं-शक्तीने वायू शोधण्यासाठी आश्वासक आहे.
या साहित्य समीक्षेमध्ये चर्चा केल्याप्रमाणे, सेन्सर कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी अनेक भिन्न MOS हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स तयार केले गेले आहेत.वेब ऑफ सायन्स डेटाबेसमध्ये विविध कीवर्ड्स (मेटल ऑक्साईड कंपोझिट, कोर-शीथ मेटल ऑक्साइड, लेयर्ड मेटल ऑक्साइड आणि सेल्फ-पॉर्ड गॅस विश्लेषक) तसेच विशिष्ट वैशिष्ट्ये (विपुलता, संवेदनशीलता/निवडकता, वीज निर्मिती क्षमता, उत्पादन) शोधण्यात आला. .पद्धत या तीनपैकी तीन उपकरणांची वैशिष्ट्ये तक्ता 2 मध्ये दर्शविली आहेत. यामाझोने प्रस्तावित केलेल्या तीन प्रमुख घटकांचे विश्लेषण करून उच्च कार्यक्षमतेच्या गॅस सेन्सर्सच्या एकूण डिझाइन संकल्पनेची चर्चा केली आहे.एमओएस हेटरोस्ट्रक्चर सेन्सर्सची यंत्रणा गॅस सेन्सर्सवर परिणाम करणारे घटक समजून घेण्यासाठी, विविध एमओएस पॅरामीटर्स (उदा., धान्य आकार, ऑपरेटिंग तापमान, दोष आणि ऑक्सिजन रिक्त स्थान घनता, खुले क्रिस्टल प्लेन्स) काळजीपूर्वक अभ्यासले गेले आहेत.सेन्सरच्या संवेदन वर्तनासाठी देखील महत्त्वपूर्ण असलेल्या डिव्हाइसची रचना दुर्लक्षित केली गेली आहे आणि क्वचितच चर्चा केली गेली आहे.हे पुनरावलोकन तीन विशिष्ट प्रकारच्या उपकरणांच्या संरचनेचा शोध घेण्यासाठी अंतर्निहित यंत्रणेची चर्चा करते.
टाईप I सेन्सरमधील धान्य आकाराची रचना, उत्पादन पद्धत आणि सेन्सिंग मटेरियलच्या हेटरोजंक्शन्सची संख्या सेन्सरच्या संवेदनशीलतेवर मोठ्या प्रमाणात परिणाम करू शकते.याव्यतिरिक्त, सेन्सरच्या वर्तनावर घटकांच्या मोलर रेशोवर देखील परिणाम होतो.प्रकार II उपकरण संरचना (डेकोरेटिव्ह हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स, बायलेयर किंवा मल्टीलेयर फिल्म्स, एचएसएसएन) ही सर्वात लोकप्रिय उपकरण संरचना आहेत ज्यात दोन किंवा अधिक घटक असतात आणि फक्त एक घटक इलेक्ट्रोडशी जोडलेला असतो.या उपकरणाच्या संरचनेसाठी, वहन वाहिन्यांचे स्थान आणि त्यांचे सापेक्ष बदल हे समजण्याच्या यंत्रणेचा अभ्यास करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.टाईप II उपकरणांमध्ये अनेक भिन्न श्रेणीबद्ध हेटेरोनानोस्ट्रक्चर समाविष्ट असल्याने, अनेक भिन्न संवेदन यंत्रणा प्रस्तावित केल्या आहेत.प्रकार III संवेदी संरचनेत, वहन वाहिनी हेटेरोजंक्शनवर तयार झालेल्या हेटेरोजंक्शनद्वारे वर्चस्व गाजवते आणि आकलन यंत्रणा पूर्णपणे भिन्न असते.म्हणून, टार्गेट गॅस टाईप III सेन्सरच्या संपर्कात आल्यानंतर हेटरोजंक्शन बॅरियरच्या उंचीमधील बदल निश्चित करणे महत्त्वाचे आहे.या डिझाइनसह, वीज वापर कमी करण्यासाठी स्वयं-चालित फोटोव्होल्टेइक गॅस सेन्सर बनवले जाऊ शकतात.तथापि, सध्याची फॅब्रिकेशन प्रक्रिया किचकट असल्याने आणि पारंपारिक एमओएस-आधारित केमो-प्रतिरोधक गॅस सेन्सर्सपेक्षा संवेदनशीलता खूपच कमी असल्याने, स्वयं-संचालित गॅस सेन्सर्सच्या संशोधनात अजूनही बरीच प्रगती आहे.
श्रेणीबद्ध हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्ससह गॅस एमओएस सेन्सरचे मुख्य फायदे वेग आणि उच्च संवेदनशीलता आहेत.तथापि, MOS गॅस सेन्सर्सच्या काही प्रमुख समस्या (उदा., उच्च ऑपरेटिंग तापमान, दीर्घकालीन स्थिरता, खराब निवडकता आणि पुनरुत्पादनक्षमता, आर्द्रता प्रभाव इ.) अजूनही अस्तित्वात आहेत आणि ते व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये वापरण्यापूर्वी त्याकडे लक्ष देणे आवश्यक आहे.आधुनिक एमओएस गॅस सेन्सर सामान्यत: उच्च तापमानात कार्य करतात आणि भरपूर उर्जा वापरतात, ज्यामुळे सेन्सरच्या दीर्घकालीन स्थिरतेवर परिणाम होतो.या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी दोन सामान्य पध्दती आहेत: (1) कमी पॉवर सेन्सर चिप्सचा विकास;(2) नवीन संवेदनशील सामग्रीचा विकास जो कमी तापमानात किंवा अगदी खोलीच्या तपमानावर देखील कार्य करू शकतो.लो-पॉवर सेन्सर चिप्सच्या विकासाचा एक दृष्टीकोन म्हणजे सिरॅमिक्स आणि सिलिकॉन 163 वर आधारित मायक्रोहीटिंग प्लेट्स बनवून सेन्सरचा आकार कमी करणे.सिरॅमिक आधारित मायक्रो हीटिंग प्लेट्स प्रति सेन्सर अंदाजे 50-70 mV वापरतात, तर ऑप्टिमाइझ केलेल्या सिलिकॉन आधारित मायक्रो हीटिंग प्लेट्स 300 °C163,164 वर सतत कार्यरत असताना प्रति सेन्सर 2 mW इतका कमी वापर करू शकतात.नवीन संवेदन सामग्रीचा विकास हा ऑपरेटिंग तापमान कमी करून वीज वापर कमी करण्याचा एक प्रभावी मार्ग आहे आणि सेन्सरची स्थिरता देखील सुधारू शकतो.सेन्सरची संवेदनशीलता वाढवण्यासाठी MOS चा आकार कमी होत असल्याने, MOS ची थर्मल स्थिरता एक आव्हान बनते, ज्यामुळे सेन्सर सिग्नल 165 मध्ये वाहून जाऊ शकतो.याव्यतिरिक्त, उच्च तापमान हेटरोइंटरफेसमध्ये सामग्रीच्या प्रसारास आणि मिश्रित टप्प्यांच्या निर्मितीस प्रोत्साहन देते, जे सेन्सरच्या इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्मांवर परिणाम करते.संशोधकांचा अहवाल आहे की सेन्सरचे इष्टतम ऑपरेटिंग तापमान योग्य संवेदन सामग्री निवडून आणि एमओएस हेटेरोनानोस्ट्रक्चर विकसित करून कमी केले जाऊ शकते.उच्च क्रिस्टलीय MOS heteronanostructures तयार करण्यासाठी कमी-तापमान पद्धतीचा शोध हा स्थिरता सुधारण्यासाठी आणखी एक आशादायक दृष्टीकोन आहे.
एमओएस सेन्सर्सची निवड ही आणखी एक व्यावहारिक समस्या आहे कारण विविध वायू लक्ष्यित वायूसोबत एकत्र असतात, तर एमओएस सेन्सर्स अनेकदा एकापेक्षा जास्त वायूंसाठी संवेदनशील असतात आणि अनेकदा क्रॉस सेन्सिटिव्हिटी प्रदर्शित करतात.म्हणून, सेन्सरची निवडकता लक्ष्यित वायू तसेच इतर वायूंमध्ये वाढवणे व्यावहारिक अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वपूर्ण आहे.गेल्या काही दशकांमध्ये, प्रशिक्षण वेक्टर क्वांटायझेशन (LVQ), मुख्य घटक विश्लेषण (PCA), यांसारख्या संगणकीय विश्लेषण अल्गोरिदमच्या संयोजनात "इलेक्ट्रॉनिक नोसेस (ई-नोज)" नावाच्या गॅस सेन्सर्सचे अॅरे तयार करून या निवडीकडे अंशतः लक्ष दिले गेले आहे. इ.लैंगिक समस्या.आंशिक किमान चौरस (PLS), इ. 31, 32, 33, 34. इलेक्ट्रॉनिक नाकांची क्षमता सुधारण्यासाठी दोन मुख्य घटक (सेन्सरची संख्या, जे संवेदन सामग्रीच्या प्रकाराशी जवळून संबंधित आहेत आणि संगणकीय विश्लेषण) महत्त्वपूर्ण आहेत. वायू ओळखण्यासाठी 169.तथापि, सेन्सरची संख्या वाढवण्यासाठी सहसा अनेक जटिल उत्पादन प्रक्रियांची आवश्यकता असते, म्हणून इलेक्ट्रॉनिक नाकांची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी एक सोपी पद्धत शोधणे महत्वाचे आहे.याव्यतिरिक्त, इतर सामग्रीसह एमओएसमध्ये बदल केल्याने सेन्सरची निवडकता देखील वाढू शकते.उदाहरणार्थ, NP Pd सह सुधारित MOS च्या चांगल्या उत्प्रेरक क्रियाकलापांमुळे H2 चा निवडक शोध मिळवता येतो.अलिकडच्या वर्षांत, काही संशोधकांनी 171,172 आकार वगळून सेन्सर निवडकता सुधारण्यासाठी MOS MOF पृष्ठभागावर कोटिंग केले आहे.या कार्याने प्रेरित होऊन, मटेरियल फंक्शनलायझेशन काही तरी निवडकतेची समस्या सोडवू शकते.तथापि, योग्य सामग्री निवडण्यासाठी अद्याप बरेच काम करणे बाकी आहे.
मोठ्या प्रमाणात उत्पादन आणि व्यावहारिक अनुप्रयोगांसाठी समान परिस्थिती आणि पद्धतींमध्ये उत्पादित केलेल्या सेन्सरच्या वैशिष्ट्यांची पुनरावृत्ती करणे ही आणखी एक महत्त्वाची आवश्यकता आहे.सामान्यतः, उच्च थ्रुपुट गॅस सेन्सर तयार करण्यासाठी सेंट्रीफ्यूगेशन आणि डिपिंग पद्धती कमी किमतीच्या पद्धती आहेत.तथापि, या प्रक्रियेदरम्यान, संवेदनशील सामग्री एकत्रित होण्यास प्रवृत्त होते आणि संवेदनशील सामग्री आणि सब्सट्रेट यांच्यातील संबंध कमकुवत होतो68, 138, 168. परिणामी, सेन्सरची संवेदनशीलता आणि स्थिरता लक्षणीयरीत्या खराब होते आणि कार्यप्रदर्शन पुनरुत्पादक बनते.स्पटरिंग, ALD, स्पंदित लेसर डिपॉझिशन (PLD) आणि फिजिकल वाष्प डिपॉझिशन (PVD) सारख्या इतर फॅब्रिकेशन पद्धती थेट नमुना असलेल्या सिलिकॉन किंवा अॅल्युमिना सब्सट्रेट्सवर bilayer किंवा multilayer MOS फिल्म्सचे उत्पादन करण्यास परवानगी देतात.ही तंत्रे संवेदनशील सामग्री तयार करणे टाळतात, सेन्सरची पुनरुत्पादनक्षमता सुनिश्चित करतात आणि प्लॅनर थिन-फिल्म सेन्सरच्या मोठ्या प्रमाणात उत्पादनाची व्यवहार्यता प्रदर्शित करतात.तथापि, या फ्लॅट फिल्म्सची संवेदनशीलता साधारणपणे 3D नॅनोस्ट्रक्चर्ड मटेरियलच्या तुलनेत खूपच कमी असते कारण त्यांच्या लहान विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि कमी गॅस पारगम्यता 41,174.उच्च पुनरुत्पादनक्षमता आणि संवेदनशीलता असलेल्या वेफर-स्तरीय सेन्सर्सच्या कमी किमतीच्या फॅब्रिकेशनसाठी संरचित मायक्रोएरेवर विशिष्ट ठिकाणी MOS हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स वाढवण्यासाठी आणि संवेदनशील सामग्रीचा आकार, जाडी आणि आकारविज्ञान अचूकपणे नियंत्रित करण्यासाठी नवीन धोरणे महत्त्वपूर्ण आहेत.उदाहरणार्थ, लिऊ आणि इतर.174 ने विशिष्ट ठिकाणी सिटू नी(OH)2 नॅनोवॉल्समध्ये वाढवून उच्च-थ्रूपुट क्रिस्टल्स तयार करण्यासाठी एकत्रित टॉप-डाउन आणि बॉटम-अप धोरण प्रस्तावित केले..मायक्रोबर्नरसाठी वेफर्स.
याव्यतिरिक्त, व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये सेन्सरवर आर्द्रतेचा प्रभाव विचारात घेणे देखील महत्त्वाचे आहे.पाण्याचे रेणू सेन्सर मटेरियलमधील शोषण साइट्ससाठी ऑक्सिजन रेणूंशी स्पर्धा करू शकतात आणि लक्ष्यित वायूसाठी सेन्सरच्या जबाबदारीवर परिणाम करू शकतात.ऑक्सिजनप्रमाणे, पाणी भौतिक शोषणाद्वारे रेणू म्हणून कार्य करते आणि केमिसॉर्प्शनद्वारे विविध ऑक्सिडेशन स्टेशनवर हायड्रॉक्सिल रॅडिकल्स किंवा हायड्रॉक्सिल गटांच्या स्वरूपात देखील अस्तित्वात असू शकते.याव्यतिरिक्त, वातावरणातील उच्च पातळी आणि परिवर्तनीय आर्द्रतेमुळे, लक्ष्यित वायूला सेन्सरचा विश्वासार्ह प्रतिसाद ही एक मोठी समस्या आहे.या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी अनेक रणनीती विकसित केल्या गेल्या आहेत, जसे की गॅस पूर्वकेंद्रितता177, ओलावा भरपाई आणि क्रॉस-रिअॅक्टिव्ह जाळी पद्धती178, तसेच कोरडे करण्याच्या पद्धती179,180.तथापि, या पद्धती महाग, जटिल आणि सेन्सरची संवेदनशीलता कमी करतात.आर्द्रतेचा प्रभाव कमी करण्यासाठी अनेक स्वस्त धोरणे प्रस्तावित करण्यात आली आहेत.उदाहरणार्थ, Pd नॅनोकणांसह SnO2 सजवण्यामुळे शोषलेल्या ऑक्सिजनचे अॅनिओनिक कणांमध्ये रूपांतर होण्यास प्रोत्साहन मिळू शकते, तर NiO आणि CuO सारख्या पाण्याच्या रेणूंसाठी उच्च आत्मीयता असलेल्या सामग्रीसह SnO2 कार्यान्वित करणे हे पाण्याच्या रेणूंवर ओलावा अवलंबित्व टाळण्याचे दोन मार्ग आहेत..सेन्सर्स 181, 182, 183. याव्यतिरिक्त, हायड्रोफोबिक पृष्ठभाग तयार करण्यासाठी हायड्रोफोबिक सामग्री वापरून आर्द्रतेचा प्रभाव कमी केला जाऊ शकतो36,138,184,185.तथापि, आर्द्रता-प्रतिरोधक गॅस सेन्सर्सचा विकास अद्याप प्रारंभिक टप्प्यावर आहे आणि या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी अधिक प्रगत धोरणे आवश्यक आहेत.
शेवटी, एमओएस हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्स तयार करून शोध कार्यप्रदर्शनात सुधारणा (उदा. संवेदनशीलता, निवडकता, कमी इष्टतम ऑपरेटिंग तापमान) साध्य करण्यात आली आहे आणि विविध सुधारित शोध यंत्रणा प्रस्तावित केल्या आहेत.एखाद्या विशिष्ट सेन्सरच्या संवेदन यंत्रणेचा अभ्यास करताना, डिव्हाइसची भौमितिक रचना देखील विचारात घेणे आवश्यक आहे.गॅस सेन्सर्सच्या कार्यप्रदर्शनात आणखी सुधारणा करण्यासाठी आणि भविष्यात उरलेल्या आव्हानांना तोंड देण्यासाठी नवीन संवेदन सामग्रीचे संशोधन आणि प्रगत फॅब्रिकेशन धोरणांमध्ये संशोधन आवश्यक आहे.सेन्सर वैशिष्ट्यांच्या नियंत्रित ट्यूनिंगसाठी, सेन्सर सामग्रीची सिंथेटिक पद्धत आणि हेटेरोनानोस्ट्रक्चर्सचे कार्य यांच्यातील संबंध पद्धतशीरपणे तयार करणे आवश्यक आहे.याव्यतिरिक्त, आधुनिक वैशिष्ट्यीकरण पद्धती वापरून पृष्ठभागाच्या प्रतिक्रियांचा आणि हेटरोइंटरफेसमधील बदलांचा अभ्यास त्यांच्या आकलनाची यंत्रणा स्पष्ट करण्यात मदत करू शकतो आणि हेटेरोनोस्ट्रक्चर्ड सामग्रीवर आधारित सेन्सर्सच्या विकासासाठी शिफारसी प्रदान करू शकतो.शेवटी, आधुनिक सेन्सर फॅब्रिकेशन स्ट्रॅटेजीचा अभ्यास केल्याने त्यांच्या औद्योगिक अनुप्रयोगांसाठी वेफर स्तरावर सूक्ष्म वायू सेन्सर तयार करण्यास अनुमती मिळू शकते.
Genzel, NN et al.शहरी भागातील दमा असलेल्या मुलांमध्ये घरातील नायट्रोजन डायऑक्साइड पातळी आणि श्वसन लक्षणांचा अनुदैर्ध्य अभ्यास.शेजार.आरोग्य दृष्टीकोन.116, 1428-1432 (2008).