مونوکسید کربن دی اکسید کربن متان کلر و سایر ابزار آلارم آشکارساز گاز چند پارامتری داخلی

توسعه حسگرهای گاز با کارایی بالا، قابل حمل و کوچک شده توجه روزافزونی را در زمینه‌های نظارت محیطی، امنیت، تشخیص پزشکی و کشاورزی به خود جلب کرده است.در میان ابزارهای مختلف تشخیص، حسگرهای گاز شیمیایی-مقاومت با اکسید فلزی-نیمه هادی (MOS) به دلیل پایداری بالا، هزینه کم و حساسیت بالا، محبوب ترین انتخاب برای کاربردهای تجاری هستند.یکی از مهمترین رویکردها برای بهبود بیشتر عملکرد حسگر، ایجاد اتصالات ناهمگون مبتنی بر MOS (MOS با نانوساختار ناهمسان) از نانومواد MOS است.با این حال، مکانیسم سنجش حسگر MOS غیر ساختاری متفاوت از یک حسگر گاز MOS منفرد است، زیرا بسیار پیچیده است.عملکرد سنسور تحت تأثیر پارامترهای مختلفی از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی مواد حساس (مانند اندازه دانه، چگالی عیب و جای خالی اکسیژن مواد)، دمای عملیاتی و ساختار دستگاه قرار می‌گیرد.این بررسی چندین مفهوم را برای طراحی حسگرهای گاز با کارایی بالا با تجزیه و تحلیل مکانیسم سنجش سنسورهای نانوساختار ناهمگن MOS ارائه می‌کند.علاوه بر این، تأثیر ساختار هندسی دستگاه، تعیین شده توسط رابطه بین مواد حساس و الکترود کار، مورد بحث قرار می گیرد.برای مطالعه سیستماتیک رفتار حسگر، این مقاله مکانیسم کلی ادراک سه ساختار هندسی معمولی دستگاه‌ها را بر اساس مواد ناهم‌ساختار مختلف معرفی و مورد بحث قرار می‌دهد.این بررسی اجمالی به عنوان راهنمای خوانندگان آینده که مکانیسم های حساس حسگرهای گاز را مطالعه می کنند و سنسورهای گاز با کارایی بالا را توسعه می دهند، خدمت می کند.
آلودگی هوا یک مشکل جدی فزاینده و یک مشکل جدی زیست محیطی جهانی است که رفاه مردم و موجودات زنده را تهدید می کند.استنشاق آلاینده های گازی می تواند باعث بسیاری از مشکلات سلامتی مانند بیماری های تنفسی، سرطان ریه، سرطان خون و حتی مرگ زودرس شود.از سال 2012 تا 2016 میلیون ها نفر بر اثر آلودگی هوا جان خود را از دست داده اند و هر ساله میلیاردها نفر در معرض کیفیت بد هوا قرار می گیرند.بنابراین، توسعه حسگرهای گاز قابل حمل و کوچک که می توانند بازخورد در زمان واقعی و عملکرد تشخیص بالا (به عنوان مثال، حساسیت، انتخاب پذیری، پایداری، و زمان پاسخ و بازیابی) را ارائه دهند، مهم است.علاوه بر نظارت بر محیط زیست، سنسورهای گاز نقش حیاتی در ایمنی 6، 7، 8، تشخیص پزشکی 9، 10، آبزی پروری 11 و سایر زمینه ها ایفا می کنند.
تا به امروز چندین حسگر گاز قابل حمل بر اساس مکانیسم های حسگری مختلف مانند سنسورهای اپتیکال13،14،15،16،17،18، الکتروشیمیایی19،20،21،22 و سنسورهای مقاومت شیمیایی23،24 معرفی شده است.در میان آنها، حسگرهای مقاوم شیمیایی فلز-اکسید-نیمه هادی (MOS) به دلیل پایداری بالا و هزینه کم، محبوب ترین در کاربردهای تجاری هستند.غلظت آلاینده را می توان به سادگی با تشخیص تغییر در مقاومت MOS تعیین کرد.در اوایل دهه 1960، اولین حسگرهای گاز مقاوم در برابر شیمیایی بر اساس لایه های نازک ZnO گزارش شد که علاقه زیادی را در زمینه تشخیص گاز ایجاد کرد.امروزه بسیاری از MOS های مختلف به عنوان مواد حساس به گاز استفاده می شوند و می توان آنها را بر اساس ویژگی های فیزیکی به دو دسته تقسیم کرد: MOS نوع n با الکترون ها به عنوان اکثر حامل های بار و MOS نوع p با سوراخ ها به عنوان اکثر حامل های بار.حامل های شارژبه طور کلی، MOS نوع p نسبت به MOS نوع n محبوبیت کمتری دارد زیرا پاسخ القایی MOS نوع p (Sp) متناسب با ریشه دوم MOS نوع n است (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) با همین مفروضات (مثلاً همان ساختار مورفولوژیکی و تغییر یکسان در خمش نوارها در هوا) 29،30.با این حال، سنسورهای تک پایه MOS هنوز با مشکلاتی مانند محدودیت تشخیص ناکافی، حساسیت کم و انتخاب پذیری در کاربردهای عملی مواجه هستند.مسائل انتخابی را می‌توان تا حدی با ایجاد آرایه‌هایی از حسگرها (موسوم به "بینی‌های الکترونیکی") و ترکیب الگوریتم‌های تحلیل محاسباتی مانند کوانتیزه‌سازی بردار آموزشی (LVQ)، تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) و تحلیل حداقل مربعات جزئی (PLS) پرداخت. 32، 33، 34، 35. علاوه بر این، تولید MOS32،36،37،38،39 کم بعدی (به عنوان مثال نانومواد تک بعدی (1D)، 0D و 2D) و همچنین استفاده از سایر نانومواد ( به عنوان مثال MOS40،41،42، نانوذرات فلزی نجیب (NPs))43،44، نانومواد کربنی 45،46 و پلیمرهای رسانا47،48) برای ایجاد اتصالات ناهمگون در مقیاس نانو (یعنی MOS ناهم ساختار) دیگر رویکردهای ترجیحی برای حل مشکلات فوق هستند.در مقایسه با فیلم‌های ضخیم MOS سنتی، MOS کم‌بعد با سطح ویژه بالا می‌تواند مکان‌های فعال‌تری برای جذب گاز فراهم کند و انتشار گاز را تسهیل کند.علاوه بر این، طراحی ساختارهای هترونانو مبتنی بر MOS می تواند حمل و نقل حامل را در رابط ناهمگون تنظیم کند، که منجر به تغییرات زیادی در مقاومت به دلیل عملکردهای مختلف عملیاتی می شود50،51،52.علاوه بر این، برخی از اثرات شیمیایی (مانند فعالیت کاتالیزوری و واکنش‌های سطحی هم افزایی) که در طراحی ساختارهای ناهمسان MOS رخ می‌دهد نیز می‌تواند عملکرد حسگر را بهبود بخشد. عملکرد سنسور، سنسورهای مدرن شیمی درمانی معمولاً از آزمون و خطا استفاده می کنند که زمان بر و ناکارآمد است.بنابراین، درک مکانیسم سنجش حسگرهای گاز مبتنی بر MOS بسیار مهم است زیرا می تواند طراحی سنسورهای جهتی با کارایی بالا را راهنمایی کند.
در سال‌های اخیر، حسگرهای گاز MOS به سرعت توسعه یافته‌اند و گزارش‌هایی در مورد نانوساختارهای MOS55،56،57، سنسورهای گاز دمای اتاق 58،59، مواد ویژه حسگر MOS60،61،62 و حسگرهای گاز ویژه منتشر شده است.یک مقاله مروری در سایر بررسی‌ها بر توضیح مکانیسم سنجش حسگرهای گاز بر اساس ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ذاتی MOS، از جمله نقش جاهای خالی اکسیژن 64، نقش ساختارهای هترونانو 55، 65 و انتقال بار در رابط‌های ناهمگون 66 تمرکز دارد. بسیاری از پارامترهای دیگر بر عملکرد حسگر تأثیر می‌گذارند، از جمله ساختار ناهمسان، اندازه دانه، دمای عملیاتی، چگالی نقص، جای خالی اکسیژن و حتی صفحات کریستالی باز مواد حساس25،67،68،69،70،71.72، 73. با این حال، ساختار هندسی (به ندرت ذکر شده) دستگاه، که توسط رابطه بین ماده حسگر و الکترود کار تعیین می شود، به طور قابل توجهی بر حساسیت سنسور 74،75،76 نیز تأثیر می گذارد (برای جزئیات بیشتر به بخش 3 مراجعه کنید). .به عنوان مثال، کومار و همکاران.77 دو حسگر گاز را بر اساس یک ماده گزارش کردند (به عنوان مثال، سنسورهای گاز دو لایه مبتنی بر TiO2@NiO و NiO@TiO2) و تغییرات متفاوتی را در مقاومت گاز NH3 به دلیل هندسه های مختلف دستگاه مشاهده کردند.بنابراین، هنگام تجزیه و تحلیل یک مکانیسم حسگر گاز، مهم است که ساختار دستگاه را در نظر بگیرید.در این بررسی، نویسندگان بر مکانیسم‌های تشخیص مبتنی بر MOS برای نانوساختارهای ناهمگن و ساختار دستگاه تمرکز می‌کنند.ما بر این باوریم که این بررسی می تواند به عنوان راهنمای خوانندگانی باشد که مایل به درک و تجزیه و تحلیل مکانیسم های تشخیص گاز هستند و می تواند به توسعه سنسورهای گاز با کارایی بالا در آینده کمک کند.
روی انجیر1a مدل پایه مکانیزم سنجش گاز را بر اساس یک MOS نشان می دهد.با افزایش دما، جذب مولکول های اکسیژن (O2) روی سطح MOS، الکترون های MOS را جذب کرده و گونه های آنیونی (مانند O2- و O-) را تشکیل می دهد.سپس، یک لایه تخلیه الکترون (EDL) برای MOS نوع n یا یک لایه تجمع حفره (HAL) برای MOS نوع p روی سطح MOS 15، 23، 78 تشکیل می‌شود. برهمکنش بین O2 و MOS باعث می شود نوار رسانایی MOS سطح به سمت بالا خم شود و یک مانع بالقوه را تشکیل دهد.متعاقباً، هنگامی که حسگر در معرض گاز هدف قرار می گیرد، گاز جذب شده در سطح MOS با گونه های اکسیژن یونی واکنش می دهد، یا الکترون ها را جذب می کند (گاز اکسید کننده) یا الکترون های اهدایی (گاز کاهنده).انتقال الکترون بین گاز مورد نظر و MOS می تواند عرض EDL یا HAL30,81 را تنظیم کند که منجر به تغییر در مقاومت کلی سنسور MOS می شود.به عنوان مثال، برای یک گاز کاهنده، الکترون ها از گاز کاهنده به یک MOS نوع n منتقل می شوند که منجر به EDL کمتر و مقاومت کمتری می شود که به آن رفتار سنسور نوع n می گویند.در مقابل، هنگامی که یک MOS نوع p در معرض گاز کاهنده ای قرار می گیرد که رفتار حساسیت نوع p را تعیین می کند، HAL منقبض می شود و مقاومت به دلیل اهدای الکترون افزایش می یابد.برای گازهای اکسید کننده، پاسخ حسگر برخلاف گازهای احیاکننده است.
مکانیسم های تشخیص اولیه برای MOS نوع n و نوع p برای کاهش و اکسید کننده گازها b عوامل کلیدی و خواص فیزیکی و شیمیایی یا مواد دخیل در حسگرهای گاز نیمه هادی 89
جدا از مکانیسم تشخیص اولیه، مکانیسم های تشخیص گاز مورد استفاده در سنسورهای گاز عملی بسیار پیچیده هستند.به عنوان مثال، استفاده واقعی از سنسور گاز باید بسته به نیاز کاربر بسیاری از الزامات (مانند حساسیت، انتخاب پذیری و پایداری) را برآورده کند.این الزامات ارتباط نزدیکی با خواص فیزیکی و شیمیایی مواد حساس دارد.به عنوان مثال، Xu و همکاران 71 نشان دادند که سنسورهای مبتنی بر SnO2 هنگامی که قطر کریستال (d) برابر یا کمتر از دو برابر طول Debye (λD) SnO271 باشد، به بالاترین حساسیت دست می‌یابند.هنگامی که d ≤ 2λD، SnO2 پس از جذب مولکول های O2 به طور کامل تخلیه می شود و پاسخ سنسور به گاز کاهنده حداکثر است.علاوه بر این، پارامترهای مختلف دیگر می توانند بر عملکرد سنسور تأثیر بگذارند، از جمله دمای عملیاتی، نقص کریستال، و حتی سطوح کریستالی در معرض مواد حسگر.به طور خاص، تأثیر دمای عملیاتی با رقابت احتمالی بین نرخ‌های جذب و دفع گاز هدف، و همچنین واکنش‌پذیری سطحی بین مولکول‌های گاز جذب‌شده و ذرات اکسیژن توضیح داده می‌شود.اثر عیوب کریستال به شدت با محتوای خالی اکسیژن مرتبط است [83، 84].عملکرد سنسور همچنین می تواند تحت تأثیر واکنش پذیری مختلف صفحات کریستالی باز 67،85،86،87 قرار گیرد.صفحات کریستالی باز با چگالی کمتر، کاتیون‌های فلزی ناهماهنگ بیشتری را با انرژی‌های بالاتر نشان می‌دهند که جذب سطحی و واکنش‌پذیری را افزایش می‌دهند.جدول 1 چندین عامل کلیدی و مکانیسم های ادراکی بهبود یافته مرتبط با آنها را فهرست می کند.بنابراین، با تنظیم این پارامترهای مواد، عملکرد تشخیص را می توان بهبود بخشید، و تعیین عوامل کلیدی موثر بر عملکرد سنسور بسیار مهم است.
Yamazoe89 و Shimanoe et al.68,71 تعدادی از مطالعات را در مورد مکانیسم نظری ادراک حسگر انجام دادند و سه عامل کلیدی مستقل را که بر عملکرد حسگر تأثیر می‌گذارند، به‌ویژه عملکرد گیرنده، عملکرد مبدل و کاربرد پیشنهاد کردند (شکل 1b)..عملکرد گیرنده به توانایی سطح MOS برای تعامل با مولکول های گاز اشاره دارد.این تابع ارتباط نزدیکی با خواص شیمیایی MOS دارد و می توان با معرفی گیرنده های خارجی (به عنوان مثال، NP های فلزی و سایر MOS ها) به طور قابل توجهی آن را بهبود بخشید.تابع مبدل به توانایی تبدیل واکنش بین گاز و سطح MOS به یک سیگنال الکتریکی که مرزهای دانه MOS بر آن غالب است اشاره دارد.بنابراین، عملکرد حسی به طور قابل‌توجهی تحت‌تاثیر اندازه ذرات MOC و چگالی گیرنده‌های خارجی قرار می‌گیرد.Katoch و همکاران 90 گزارش کردند که کاهش اندازه دانه نانوفیبریل‌های ZnO-SnO2 منجر به تشکیل اتصالات ناهمگون متعدد و افزایش حساسیت حسگر، مطابق با عملکرد مبدل شد.وانگ و همکاران 91 اندازه دانه های مختلف Zn2GeO4 را مقایسه کردند و پس از معرفی مرزهای دانه، افزایش 6.5 برابری در حساسیت حسگر را نشان دادند.سودمندی یکی دیگر از عوامل کلیدی عملکرد حسگر است که در دسترس بودن گاز به ساختار MOS داخلی را توصیف می کند.اگر مولکول های گاز نتوانند به MOS داخلی نفوذ کنند و با آن واکنش نشان دهند، حساسیت سنسور کاهش می یابد.سودمندی ارتباط نزدیکی با عمق انتشار یک گاز خاص دارد که به اندازه منافذ ماده حسگر بستگی دارد.ساکای و همکاران92 حساسیت سنسور به گازهای دودکش را مدلسازی کرد و دریافت که هم وزن مولکولی گاز و هم شعاع منافذ غشاء حسگر بر حساسیت سنسور در اعماق انتشار گازهای مختلف در غشای حسگر تأثیر می گذارد.بحث بالا نشان می‌دهد که حسگرهای گاز با کارایی بالا را می‌توان با متعادل کردن و بهینه‌سازی عملکرد گیرنده، عملکرد مبدل و کاربرد توسعه داد.
کار فوق مکانیسم ادراک اساسی یک MOS را روشن می‌کند و چندین عامل را که بر عملکرد یک MOS تأثیر می‌گذارند، مورد بحث قرار می‌دهد.علاوه بر این عوامل، حسگرهای گاز مبتنی بر ساختارهای ناهمگون می توانند عملکرد سنسور را با بهبود قابل توجه عملکرد حسگر و گیرنده بهبود بخشند.علاوه بر این، ساختارهای هترونانو می‌توانند عملکرد حسگر را با افزایش واکنش‌های کاتالیزوری، تنظیم انتقال بار و ایجاد مکان‌های جذب بیشتر بهبود بخشند.تا به امروز، بسیاری از حسگرهای گاز مبتنی بر هترونانو ساختارهای MOS برای بحث در مورد مکانیسم‌های سنجش افزایش یافته مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.میلر و همکاران55 چندین مکانیسم را خلاصه کرد که احتمالاً حساسیت ساختارهای هترونانو را بهبود می بخشد، از جمله وابسته به سطح، وابسته به رابط، و وابسته به ساختار.در میان آنها، مکانیسم تقویت وابسته به رابط بسیار پیچیده است که نمی تواند تمام فعل و انفعالات رابط را در یک تئوری پوشش دهد، زیرا حسگرهای مختلف مبتنی بر مواد ناهمساختار (به عنوان مثال، nn-heterojunction، pn-heterojunction، pp-heterojunction، و غیره) را می توان استفاده کرد. .گره شاتکی).به طور معمول، حسگرهای ناهمسان مبتنی بر MOS همیشه شامل دو یا چند مکانیسم حسگر پیشرفته 98،99،100 هستند.اثر هم افزایی این مکانیسم های تقویت می تواند دریافت و پردازش سیگنال های حسگر را افزایش دهد.بنابراین، درک مکانیسم درک حسگرها بر اساس مواد نانوساختار ناهمگن به منظور کمک به محققان برای توسعه حسگرهای گازی پایین به بالا مطابق با نیازهایشان بسیار مهم است.علاوه بر این، ساختار هندسی دستگاه نیز می تواند به طور قابل توجهی بر حساسیت سنسور 74، 75، 76 تأثیر بگذارد. به منظور تجزیه و تحلیل سیستماتیک رفتار سنسور، مکانیسم های سنجش سه ساختار دستگاه بر اساس مواد ناهمسان ساختاری مختلف ارائه خواهد شد. و در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
با توسعه سریع حسگرهای گاز مبتنی بر MOS، MOS های ناهمساختار نانوساختار مختلفی پیشنهاد شده است.انتقال بار در رابط هتروواسط به سطوح مختلف فرمی (Ef) اجزا بستگی دارد.در رابط ناهمگن، الکترون ها از یک طرف با یک Ef بزرگتر به سمت دیگر با یک Ef کوچکتر حرکت می کنند تا زمانی که سطوح فرمی آنها به تعادل برسد، و حفره ها، بالعکس.سپس حامل ها در رابط هتروفیس تخلیه شده و یک لایه تخلیه شده را تشکیل می دهند.هنگامی که سنسور در معرض گاز هدف قرار می گیرد، غلظت حامل MOS غیر ساختاری و ارتفاع مانع تغییر می کند و در نتیجه سیگنال تشخیص را افزایش می دهد.علاوه بر این، روش‌های مختلف ساخت هترونانوساختارها منجر به روابط متفاوتی بین مواد و الکترودها می‌شود که منجر به هندسه‌های مختلف دستگاه و مکانیسم‌های سنجش متفاوت می‌شود.در این بررسی، ما سه ساختار دستگاه هندسی را پیشنهاد می‌کنیم و مکانیسم سنجش هر سازه را مورد بحث قرار می‌دهیم.
اگرچه اتصالات ناهمگون نقش بسیار مهمی در عملکرد تشخیص گاز ایفا می کنند، هندسه دستگاه کل سنسور نیز می تواند به طور قابل توجهی بر رفتار تشخیص تأثیر بگذارد، زیرا مکان کانال هدایت سنسور به شدت به هندسه دستگاه وابسته است.همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، سه هندسه معمولی دستگاه‌های MOS ناهمگون در اینجا مورد بحث قرار گرفته‌اند. در نوع اول، دو اتصال MOS به طور تصادفی بین دو الکترود توزیع می‌شوند و محل کانال رسانا توسط MOS اصلی تعیین می‌شود، دومی تشکیل نانوساختارهای ناهمگن از MOS های مختلف، در حالی که تنها یک MOS به الکترود متصل است.الکترود متصل می شود، سپس کانال رسانا معمولاً در داخل MOS قرار دارد و مستقیماً به الکترود متصل می شود.در نوع سوم، دو ماده به طور جداگانه به دو الکترود متصل می شوند و دستگاه را از طریق اتصال ناهمگونی که بین دو ماده تشکیل شده است هدایت می کنند.
خط فاصله بین ترکیبات (به عنوان مثال "SnO2-NiO") نشان می دهد که دو جزء به سادگی مخلوط شده اند (نوع I).علامت "@" بین دو اتصال (به عنوان مثال "SnO2@NiO") نشان می دهد که مواد داربست (NiO) با SnO2 برای ساختار سنسور نوع II تزئین شده است.یک اسلش (به عنوان مثال "NiO/SnO2") طراحی سنسور نوع III را نشان می دهد.
برای حسگرهای گاز مبتنی بر کامپوزیت های MOS، دو عنصر MOS به طور تصادفی بین الکترودها توزیع می شوند.روش‌های ساخت متعددی برای تهیه کامپوزیت‌های MOS توسعه یافته‌اند، از جمله روش‌های سل-ژل، رسوب همزمان، هیدروترمال، الکتروریسی و اختلاط مکانیکی ۹۸،۱۰۲،۱۰۳،۱۰۴.اخیراً، چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs)، دسته‌ای از مواد ساختاری متخلخل متخلخل متشکل از مراکز فلزی و پیوندهای آلی، به‌عنوان الگوهایی برای ساخت کامپوزیت‌های متخلخل MOS استفاده شده‌اند.شایان ذکر است که اگرچه درصد کامپوزیت های MOS یکسان است، اما ویژگی های حساسیت می تواند در هنگام استفاده از فرآیندهای مختلف تولید بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال، گائو و همکاران 109 دو سنسور بر اساس کامپوزیت های MoO3±SnO2 با نسبت اتمی یکسان ساختند. (Mo:Sn = 1:1.9) و دریافتند که روش های مختلف ساخت منجر به حساسیت های متفاوت می شود.شاپوشنیک و همکاران110 گزارش کرد که واکنش SnO2-TiO2 توام ته نشین شده به H2 گازی با واکنش مواد مکانیکی مخلوط شده، حتی در همان نسبت Sn/Ti متفاوت است.این تفاوت به این دلیل است که رابطه بین اندازه بلور MOP و MOP با روش‌های مختلف سنتز متفاوت است.هنگامی که اندازه و شکل دانه از نظر چگالی دهنده و نوع نیمه هادی با هم سازگار است، اگر هندسه تماس تغییر نکند، پاسخ باید ثابت بماند.استارز و همکاران111 گزارش داد که ویژگی‌های تشخیص نانوالیاف SnO2-Cr2O3 هسته-غلاف (CSN) و SnO2-Cr2O3 CSNهای زمینی تقریباً یکسان هستند، که نشان می‌دهد مورفولوژی نانوالیاف هیچ مزیتی ارائه نمی‌دهد.
علاوه بر روش های مختلف ساخت، انواع نیمه هادی دو ماسفت مختلف نیز بر حساسیت سنسور تأثیر می گذارد.بسته به اینکه دو ماسفت از یک نوع نیمه هادی (nn یا pp junction) یا انواع مختلف (pn junction) باشند، می توان آن را به دو دسته تقسیم کرد.هنگامی که حسگرهای گاز بر روی کامپوزیت‌های MOS از یک نوع ساخته می‌شوند، با تغییر نسبت مولی دو MOS، مشخصه پاسخ حساسیت بدون تغییر باقی می‌ماند و حساسیت حسگر بسته به تعداد nn- یا pp-heterojunction متفاوت است.هنگامی که یک جزء در کامپوزیت غالب است (به عنوان مثال 0.9 ZnO-0.1 SnO2 یا 0.1 ZnO-0.9 SnO2)، کانال هدایت توسط MOS غالب تعیین می شود که کانال هدایت همجنس 92 نامیده می شود.هنگامی که نسبت های دو جزء قابل مقایسه هستند، فرض می شود که کانال هدایت تحت سلطه هتروجانکشن 98،102 است.یامازوئه و همکاران112,113 گزارش کردند که ناحیه هتروتماس دو جزء می تواند حساسیت حسگر را تا حد زیادی بهبود بخشد، زیرا مانع ناهمگونی تشکیل شده به دلیل عملکردهای عملکردی متفاوت اجزا می تواند به طور موثر تحرک رانش سنسور در معرض الکترون ها را کنترل کند.گازهای مختلف محیطی 112113.روی انجیرشکل 3a نشان می دهد که حسگرهای مبتنی بر ساختارهای سلسله مراتبی فیبری SnO2-ZnO با محتویات مختلف ZnO (از 0 تا 10 مول درصد روی) می توانند به طور انتخابی اتانول را تشخیص دهند.در این میان، حسگر مبتنی بر الیاف SnO2-ZnO (7 مول. درصد روی) به دلیل تشکیل تعداد زیادی پیوند ناهمگون و افزایش سطح ویژه، که عملکرد مبدل را افزایش داد و بهبود بخشید، بیشترین حساسیت را نشان داد. حساسیت 90 با این حال، با افزایش بیشتر در محتوای ZnO به 10 مول، ریزساختار کامپوزیت SnO2-ZnO می‌تواند نواحی فعال‌سازی سطح را بپوشاند و حساسیت سنسور را کاهش دهد.روند مشابهی نیز برای حسگرهای مبتنی بر کامپوزیت‌های ناهم‌پیوندی pp NiO-NiFe2O4 با نسبت‌های مختلف Fe/Ni مشاهده می‌شود (شکل 3b)114.
تصاویر SEM از الیاف SnO2-ZnO (7 مول. درصد روی) و پاسخ حسگر به گازهای مختلف با غلظت 100 ppm در 260 درجه سانتی گراد.54b پاسخ سنسورهای مبتنی بر کامپوزیت های خالص NiO و NiO-NiFe2O4 در ppm 50 گازهای مختلف، 260 درجه سانتی گراد.114 (ج) نمودار شماتیک تعداد گره‌ها در ترکیب xSnO2-(1-x)Co3O4 و واکنش‌های مقاومت و حساسیت مربوط به ترکیب xSnO2-(1-x)Co3O4 در هر ppm 10 CO، استون، C6H6 و SO2 گاز در دمای 350 درجه سانتی گراد با تغییر نسبت مولی Sn/Co 98
کامپوزیت های pn-MOS بسته به نسبت اتمی MOS115 رفتار حساسیت متفاوتی را نشان می دهند.به طور کلی، رفتار حسی کامپوزیت های MOS به شدت به این بستگی دارد که MOS به عنوان کانال هدایت اولیه برای سنسور عمل می کند.بنابراین، مشخص کردن درصد ترکیب و نانوساختار کامپوزیت ها بسیار مهم است.کیم و همکاران 98 این نتیجه را با سنتز یک سری از نانوالیاف کامپوزیتی xSnO2 ± (1-x)Co3O4 با الکتروریسی و مطالعه خواص حسگر آنها تأیید کردند.آنها مشاهده کردند که رفتار حسگر کامپوزیت SnO2-Co3O4 با کاهش درصد SnO2 (شکل 3c)98 از نوع n به نوع p تغییر می کند.علاوه بر این، سنسورهای تسلط ناهمگون (بر اساس 0.5 SnO2-0.5 Co3O4) بالاترین نرخ انتقال را برای C6H6 در مقایسه با سنسورهای همجنس غالب (به عنوان مثال، سنسورهای SnO2 یا Co3O4 بالا) نشان دادند.مقاومت بالای ذاتی سنسور مبتنی بر 0.5 SnO2-0.5 Co3O4 و توانایی بیشتر آن در تعدیل مقاومت کلی سنسور به بالاترین حساسیت آن نسبت به C6H6 کمک می کند.علاوه بر این، نقص‌های عدم تطابق شبکه که از رابط‌های ناهمسان SnO2-Co3O4 نشات می‌گیرد، می‌تواند مکان‌های جذب ترجیحی برای مولکول‌های گاز ایجاد کند، در نتیجه پاسخ سنسور را افزایش می‌دهد.
علاوه بر MOS از نوع نیمه هادی، رفتار لمسی کامپوزیت های MOS را نیز می توان با استفاده از شیمی MOS-117 سفارشی کرد.Huo و همکاران 117 از یک روش ساده خیس کردن برای تهیه کامپوزیت های Co3O4-SnO2 استفاده کردند و دریافتند که در نسبت مولی Co/Sn 10 درصد، سنسور یک پاسخ تشخیص نوع p به H2 و حساسیت نوع n نشان می دهد. H2.واکنش.پاسخ سنسور به گازهای CO، H2S و NH3 در شکل 4a117 نشان داده شده است.در نسبت‌های Co/Sn پایین، بسیاری از همجنس‌ها در مرزهای نانوذره SnO2±SnO2 تشکیل می‌شوند و پاسخ‌های حسگر نوع n را به H2 نشان می‌دهند (شکل 4b,c)115.با افزایش نسبت Co/Sn تا 10 مول.درصد، به جای همجنس‌های SnO2-SnO2، بسیاری از هتروجانکشن‌های Co3O4-SnO2 به طور همزمان تشکیل شدند (شکل 4d).از آنجایی که Co3O4 نسبت به H2 غیر فعال است و SnO2 به شدت با H2 واکنش می دهد، واکنش H2 با گونه های اکسیژن یونی عمدتاً در سطح SnO2117 رخ می دهد.بنابراین، الکترون‌ها به سمت SnO2 حرکت می‌کنند و Ef SnO2 به باند هدایت منتقل می‌شود، در حالی که Ef Co3O4 بدون تغییر باقی می‌ماند.در نتیجه، مقاومت سنسور افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد مواد با نسبت Co/Sn بالا رفتار حسی نوع p را از خود نشان می‌دهند (شکل 4e).در مقابل، گازهای CO، H2S و NH3 با گونه‌های اکسیژن یونی روی سطوح SnO2 و Co3O4 واکنش می‌دهند و الکترون‌ها از گاز به سمت حسگر حرکت می‌کنند و در نتیجه ارتفاع سد و حساسیت نوع n کاهش می‌یابد (شکل 4f)..این رفتار حسگر متفاوت به دلیل واکنش متفاوت Co3O4 با گازهای مختلف است که توسط یین و همکاران بیشتر تأیید شد.118 .به طور مشابه، Katoch و همکاران.119 نشان داد که کامپوزیت های SnO2-ZnO گزینش پذیری خوب و حساسیت بالایی به H2 دارند.این رفتار به این دلیل اتفاق می‌افتد که اتم‌های H می‌توانند به راحتی در موقعیت‌های O ZnO به دلیل هیبریداسیون قوی بین اوربیتال s H و اوربیتال p O که منجر به فلز شدن ZnO120,121 می‌شود، جذب شوند.
منحنی های مقاومت دینامیکی Co/Sn-10% برای گازهای کاهنده معمولی مانند H2، CO، NH3 و H2S، b، c نمودار مکانیزم سنجش مرکب Co3O4/SnO2 برای H2 در % m کم.Co/Sn، df Co3O4 تشخیص مکانیسم H2 و CO، H2S و NH3 با کامپوزیت Co/Sn/SnO2 بالا
بنابراین، می‌توانیم با انتخاب روش‌های ساخت مناسب، کاهش دانه‌بندی کامپوزیت‌ها و بهینه‌سازی نسبت مولی کامپوزیت‌های MOS، حساسیت سنسور نوع I را بهبود بخشیم.علاوه بر این، درک عمیق از شیمی مواد حساس می تواند گزینش پذیری سنسور را بیشتر کند.
ساختارهای حسگر نوع II یکی دیگر از ساختارهای حسگر محبوب هستند که می توانند از انواع مواد نانوساختار ناهمگن، از جمله یک نانو ماده "مستر" و نانومواد دوم یا حتی سوم استفاده کنند.به عنوان مثال، مواد یک بعدی یا دو بعدی تزئین شده با نانوذرات، هسته پوسته (CS) و مواد ناهم ساختار چند لایه معمولاً در ساختارهای حسگر نوع II استفاده می شوند و در زیر به تفصیل مورد بحث قرار خواهند گرفت.
همانطور که در شکل 2b (1) نشان داده شده است، برای اولین ماده ناهمگن (ساختار ناهمگن تزئین شده)، کانال های رسانای حسگر توسط یک ماده پایه به هم متصل می شوند.به دلیل تشکیل پیوندهای ناهمگون، نانوذرات اصلاح شده می توانند مکان های واکنش پذیرتری برای جذب یا دفع گاز ایجاد کنند و همچنین می توانند به عنوان کاتالیزور برای بهبود عملکرد حسی عمل کنند.یوان و همکاران 41 خاطرنشان کردند که تزئین نانوسیم‌های WO3 با نانو نقطه‌های CeO2 می‌تواند مکان‌های جذب بیشتری را در سطح مشترک CeO2@WO3 و سطح CeO2 ایجاد کند و گونه‌های اکسیژن شیمیایی جذب‌شده بیشتری را برای واکنش با استون تولید کند.گوناوان و همکاران125. یک حسگر استون با حساسیت فوق العاده بالا بر اساس Au@α-Fe2O3 یک بعدی پیشنهاد شده است و مشاهده شده است که حساسیت سنسور با فعال شدن مولکول های O2 به عنوان منبع اکسیژن کنترل می شود.حضور نانوذرات طلا می‌تواند به عنوان کاتالیزوری عمل کند که باعث تجزیه مولکول‌های اکسیژن به اکسیژن شبکه برای اکسیداسیون استون می‌شود.نتایج مشابهی توسط چوی و همکاران به دست آمد.9 که در آن یک کاتالیزور پلاتین برای تفکیک مولکول‌های اکسیژن جذب شده به گونه‌های اکسیژن یونیزه و افزایش پاسخ حساس به استون استفاده شد.در سال 2017، همان تیم تحقیقاتی نشان داد که نانوذرات دو فلزی در کاتالیز بسیار کارآمدتر از نانوذرات تک فلز نجیب هستند، همانطور که در شکل 5126 نشان داده شده است. اندازه متوسط ​​کمتر از 3 نانومترسپس، با استفاده از روش الکتروریسی، نانوالیاف PtM@WO3 برای افزایش حساسیت و انتخاب پذیری به استون یا H2S به دست آمد (شکل 5b-g).اخیراً کاتالیزورهای تک اتمی (SAC) عملکرد کاتالیزوری بسیار خوبی در زمینه کاتالیزور و آنالیز گاز به دلیل حداکثر بازده استفاده از اتم ها و ساختارهای الکترونیکی تنظیم شده نشان داده اند 127128.شین و همکاران129 از نانوصفحات نیترید کربن لنگردار Pt-SA (MCN)، SnCl2 و PVP به عنوان منابع شیمیایی برای تهیه الیاف خطی Pt@MCN@SnO2 برای تشخیص گاز استفاده کردند.علیرغم محتوای بسیار کم Pt@MCN (از 0.13 درصد وزنی تا 0.68 درصد وزنی)، عملکرد تشخیص فرمالدئید گازی Pt@MCN@SnO2 نسبت به سایر نمونه های مرجع (SnO2 خالص، MCN@SnO2 و Pt NPs@) برتر است. SnO2)..این عملکرد تشخیص عالی را می توان به حداکثر بازده اتمی کاتالیزور Pt SA و حداقل پوشش سایت های فعال SnO2129 نسبت داد.
روش کپسوله سازی آپوفریتین برای به دست آوردن نانوذرات PtM-apo (PtPd، PtRh، PtNi).خواص حساس به گاز پویا نانوالیاف بکر WO3، PtPd@WO3، PtRn@WO3، و Pt-NiO@WO3.برای مثال، بر اساس ویژگی‌های گزینش‌پذیری حسگرهای نانوالیاف PtPd@WO3، PtRn@WO3 و Pt-NiO@WO3 به 1 ppm گاز تداخلی 126
علاوه بر این، اتصالات ناهمگونی که بین مواد داربست و نانوذرات ایجاد می‌شوند، می‌توانند به طور موثر کانال‌های رسانایی را از طریق یک مکانیسم مدولاسیون شعاعی تعدیل کنند تا عملکرد حسگر را بهبود بخشند.روی انجیرشکل 6a ویژگی های حسگر نانوسیم های خالص SnO2 و Cr2O3@SnO2 را برای گازهای احیاکننده و اکسید کننده و مکانیسم های حسگر مربوطه نشان می دهد131.در مقایسه با نانوسیم‌های خالص SnO2، پاسخ نانوسیم‌های Cr2O3@SnO2 به گازهای کاهنده تا حد زیادی افزایش می‌یابد، در حالی که پاسخ به گازهای اکسیدکننده بدتر می‌شود.این پدیده‌ها ارتباط نزدیکی با کاهش سرعت محلی کانال‌های هدایت نانوسیم‌های SnO2 در جهت شعاعی پیوند ناهمگون pn تشکیل‌شده دارند.مقاومت سنسور را می توان به سادگی با تغییر عرض EDL روی سطح نانوسیم های خالص SnO2 پس از قرار گرفتن در معرض گازهای کاهنده و اکسید کننده تنظیم کرد.با این حال، برای نانوسیم‌های Cr2O3@SnO2، DEL اولیه نانوسیم‌های SnO2 در هوا در مقایسه با نانوسیم‌های خالص SnO2 افزایش می‌یابد و کانال رسانایی به دلیل تشکیل یک اتصال ناهمگون سرکوب می‌شود.بنابراین، هنگامی که حسگر در معرض گاز کاهنده قرار می‌گیرد، الکترون‌های به دام افتاده در نانوسیم‌های SnO2 آزاد می‌شوند و EDL به شدت کاهش می‌یابد و در نتیجه حساسیت بالاتری نسبت به نانوسیم‌های SnO2 خالص دارد.برعکس، هنگام تغییر به گاز اکسید کننده، انبساط DEL محدود می شود و در نتیجه حساسیت پایینی ایجاد می شود.نتایج پاسخ حسی مشابهی توسط Choi و همکاران، 133 مشاهده شد که در آن نانوسیم‌های SnO2 تزئین شده با نانوذرات WO3 نوع p، پاسخ حسی قابل‌توجهی نسبت به گازهای کاهنده نشان دادند، در حالی که حسگرهای SnO2 تزئین شده با n حساسیت به گازهای اکسید کننده را بهبود بخشیدند.نانوذرات TiO2 (شکل 6b) 133. این نتیجه عمدتاً به دلیل عملکردهای مختلف نانوذرات SnO2 و MOS (TiO2 یا WO3) است.در نانوذرات نوع p (نوع n)، کانال رسانش مواد چارچوب (SnO2) در جهت شعاعی منبسط می‌شود (یا منقبض می‌شود) و سپس تحت عمل کاهش (یا اکسیداسیون)، انبساط (یا کوتاه شدن) بیشتر می‌شود. از کانال هدایت SnO2 - دنده گاز (شکل 6b).
مکانیسم مدولاسیون شعاعی القا شده توسط LF MOS اصلاح شده.خلاصه ای از پاسخ های گاز به گازهای احیا کننده و اکسید کننده 10 ppm بر اساس نانوسیم های خالص SnO2 و Cr2O3@SnO2 و نمودارهای شماتیک مکانیزم سنجش مربوطه.و طرح‌های مربوط به نانومیله‌های WO3@SnO2 و مکانیسم تشخیص133
در دستگاه‌های ناهم‌ساختار دولایه و چندلایه، کانال هدایت دستگاه تحت تأثیر لایه (معمولاً لایه زیرین) در تماس مستقیم با الکترودها قرار می‌گیرد و پیوند ناهمگون ایجاد شده در فصل مشترک دو لایه می‌تواند رسانایی لایه زیرین را کنترل کند. .بنابراین، هنگامی که گازها با لایه بالایی تعامل دارند، می توانند به طور قابل توجهی بر کانال های هدایت لایه زیرین و مقاومت 134 دستگاه تأثیر بگذارند.به عنوان مثال، کومار و همکاران.77 رفتار مخالف لایه‌های دوگانه TiO2@NiO و NiO@TiO2 را برای NH3 گزارش کردند.این تفاوت به این دلیل به وجود می آید که کانال های هدایت دو حسگر در لایه هایی از مواد مختلف (به ترتیب NiO و TiO2) تسلط دارند و سپس تغییرات در کانال های هدایت زیرین متفاوت است.
هترونانو ساختارهای دولایه یا چند لایه معمولاً با کندوپاش، رسوب لایه اتمی (ALD) و سانتریفیوژ تولید می شوند.ضخامت فیلم و سطح تماس دو ماده را می توان به خوبی کنترل کرد.شکل‌های 7a و b نانوفیلم‌های NiO@SnO2 و Ga2O3@WO3 را نشان می‌دهند که با کندوپاش برای تشخیص اتانول135137 به دست آمده‌اند.با این حال، این روش‌ها عموماً فیلم‌های مسطح تولید می‌کنند و این لایه‌های تخت به دلیل سطح ویژه کم و نفوذپذیری گاز، حساسیت کمتری نسبت به مواد نانوساختار سه بعدی دارند.بنابراین، یک استراتژی فاز مایع برای ساخت فیلم های دولایه با سلسله مراتب مختلف نیز برای بهبود عملکرد ادراکی با افزایش سطح ویژه 41،52،138 پیشنهاد شده است.Zhu و همکاران 139 تکنیک‌های کندوپاش و هیدروترمال را برای تولید نانوسیم‌های ZnO بسیار سفارشی بر روی نانوسیم‌های SnO2 (نانوسیم‌های ZnO@SnO2) برای تشخیص H2S ترکیب کردند (شکل 7c).پاسخ آن به 1 ppm H2S 1.6 برابر بیشتر از یک حسگر مبتنی بر نانوفیلم های SnO@SnO2 پراکنده شده است.لیو و همکاران52 یک حسگر H2S با کارایی بالا را با استفاده از روش رسوب شیمیایی دو مرحله‌ای در محل برای ساخت نانوساختارهای سلسله مراتبی SnO2@NiO و به دنبال آنیل کردن حرارتی گزارش کرد (شکل 10d).در مقایسه با فیلم‌های دولایه SnO2@NiO پراکنده‌شده معمولی، عملکرد حساسیت ساختار دولایه سلسله مراتبی SnO2@NiO به دلیل افزایش سطح ویژه ۵۲۱۳۷ بهبود یافته است.
سنسور گاز دو لایه مبتنی بر MOS.نانوفیلم NiO@SnO2 برای تشخیص اتانول؛نانوفیلم 137b Ga2O3@WO3 برای تشخیص اتانول؛ساختار سلسله مراتبی دولایه SnO2@ZnO 135c برای تشخیص H2S.ساختار سلسله مراتبی دولایه 139d SnO2@NiO برای تشخیص H2S52.
در دستگاه‌های نوع II مبتنی بر ساختارهای هترونانو پوسته هسته (CSHN)، مکانیسم سنجش پیچیده‌تر است، زیرا کانال‌های هدایت محدود به پوسته داخلی نیستند.هم مسیر تولید و هم ضخامت (hs) بسته می تواند محل کانال های رسانا را تعیین کند.به عنوان مثال، هنگام استفاده از روش‌های سنتز از پایین به بالا، کانال‌های رسانش معمولاً به هسته داخلی محدود می‌شوند، که از نظر ساختار مشابه ساختارهای دستگاه دو لایه یا چند لایه است (شکل 2b(3)) 123، 140، 141، 142، 143. خو و همکاران.144 یک رویکرد از پایین به بالا برای به دست آوردن CSHN NiO@α-Fe2O3 و CuO@α-Fe2O3 با رسوب لایه ای از نانوذرات NiO یا CuO بر روی نانومیله های α-Fe2O3 گزارش کردند که در آن کانال هدایت توسط قسمت مرکزی محدود شده بود.(نانومیله α-Fe2O3).لیو و همکاران142 همچنین موفق شد کانال رسانایی را به بخش اصلی CSHN TiO2 @ Si با رسوب گذاری TiO2 روی آرایه های آماده شده از نانوسیم های سیلیکونی محدود کند.بنابراین، رفتار سنجش آن (نوع p یا نوع n) تنها به نوع نیمه هادی نانوسیم سیلیکونی بستگی دارد.
با این حال، اکثر حسگرهای مبتنی بر CSHN گزارش شده (شکل 2b(4)) با انتقال پودرهای مواد CS سنتز شده روی تراشه ها ساخته شده اند.در این حالت مسیر هدایت سنسور تحت تأثیر ضخامت محفظه (hs) قرار می گیرد.گروه کیم تأثیر hs را بر عملکرد تشخیص گاز بررسی کردند و مکانیسم تشخیص احتمالی 100,112,145,146,147,148 را پیشنهاد کردند. اعتقاد بر این است که دو عامل در مکانیسم سنجش این ساختار نقش دارند: (1) مدولاسیون شعاعی EDL پوسته و (2) اثر لکه دار شدن میدان الکتریکی (شکل 8) 145. محققان ذکر کردند که کانال هدایت زمانی که hs > λD لایه پوسته145 باشد، حامل‌ها عمدتاً به لایه پوسته محدود می‌شوند. اعتقاد بر این است که دو عامل در مکانیسم سنجش این ساختار نقش دارند: (1) مدولاسیون شعاعی EDL پوسته و (2) اثر لکه دار شدن میدان الکتریکی (شکل 8) 145. محققان ذکر کردند که کانال هدایت زمانی که hs > λD لایه پوسته145 باشد، حامل‌ها عمدتاً به لایه پوسته محدود می‌شوند. Считается, что в механизме восприятия этой структуры участвуют 2 عاملа: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки и (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. λD оболочки145. اعتقاد بر این است که دو عامل در مکانیسم درک این ساختار دخیل هستند: (1) مدولاسیون شعاعی EDL پوسته و (2) اثر تاری میدان الکتریکی (شکل 8) 145. محققان خاطرنشان کردند که زمانی که hs > λD shells145 باشد، کانال هدایت حامل عمدتاً به پوسته محدود می شود.اعتقاد بر این است که دو عامل در مکانیسم تشخیص این ساختار نقش دارند: (1) مدولاسیون شعاعی DEL پوسته و (2) اثر لکه دار شدن میدان الکتریکی (شکل 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 > 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 در اصلیм محدودо оболочкой. محققان خاطرنشان کردند که کانال هدایت وقتی hs > λD145 پوسته است، تعداد حامل‌ها عمدتاً توسط پوسته محدود می‌شود.بنابراین، در مدولاسیون مقاومتی سنسور بر اساس CSHN، مدولاسیون شعاعی DEL روکشی غالب است (شکل 8a).با این حال، در hs ≤ λD پوسته، ذرات اکسیژن جذب شده توسط پوسته و ناهمگونی تشکیل شده در ناهمگونی CS کاملاً از الکترون خالی می شوند. بنابراین، کانال رسانایی نه تنها در داخل لایه پوسته، بلکه تا حدی در قسمت هسته قرار دارد، به خصوص زمانی که hs <λD لایه پوسته باشد. بنابراین، کانال رسانایی نه تنها در داخل لایه پوسته، بلکه تا حدی در قسمت هسته قرار دارد، به خصوص زمانی که hs <λD لایه پوسته باشد. Поэтому کانال проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя، اما و ساعتی در سرودنی ساعتی، بدون شک در hs < λD оболочечного слоя. بنابراین، کانال هدایت نه تنها در داخل لایه پوسته، بلکه تا حدی در قسمت هسته، به ویژه در hs < λD لایه پوسته قرار دارد.因此，传导通道不仅位于壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳层瀚层层 hs < λD 时. Поэтому کانال проводимости располагается не только внутри оболочки, но и частично в سرдцевине, особенно при hs < λD оболочки. بنابراین، کانال هدایت نه تنها در داخل پوسته، بلکه تا حدی در هسته، به ویژه در hs < λD پوسته قرار دارد.در این مورد، هم پوسته الکترونی کاملاً تخلیه شده و هم لایه هسته نیمه تهی شده به تعدیل مقاومت کل CSHN کمک می کند و در نتیجه یک اثر دم میدان الکتریکی ایجاد می شود (شکل 8b).برخی مطالعات دیگر از مفهوم کسر حجمی EDL به جای دنباله میدان الکتریکی برای تجزیه و تحلیل اثر hs100,148 استفاده کرده‌اند.با در نظر گرفتن این دو سهم، مدولاسیون کل مقاومت CSHN زمانی به بیشترین مقدار خود می رسد که hs با غلاف λD قابل مقایسه باشد، همانطور که در شکل 8c نشان داده شده است.بنابراین، hs بهینه برای CSHN می‌تواند نزدیک به پوسته λD باشد که با مشاهدات تجربی ۹۹،۱۴۴،۱۴۵،۱۴۶،۱۴۹ سازگار است.چندین مطالعه نشان داده‌اند که hs می‌تواند حساسیت سنسورهای pn-heterojunction مبتنی بر CSHN را نیز تحت تأثیر قرار دهد40,148.لی و همکاران148 و بای و همکاران.40 به طور سیستماتیک اثر hs را بر عملکرد حسگرهای CSHN ناهمگون pn، مانند TiO2@CuO و ZnO@NiO، با تغییر چرخه ALD روکشی بررسی کردند.در نتیجه، رفتار حسی از نوع p به نوع n با افزایش hs40,148 تغییر کرد.این رفتار به این دلیل است که در ابتدا (با تعداد محدودی از چرخه های ALD) هتروساختارها را می توان به عنوان هترونانوساختارهای اصلاح شده در نظر گرفت.بنابراین، کانال هدایت توسط لایه هسته (ماسفت نوع p) محدود می شود و سنسور رفتار تشخیص نوع p را نشان می دهد.با افزایش تعداد چرخه های ALD، لایه روکش (ماسفت نوع n) شبه پیوسته می شود و به عنوان یک کانال هدایت عمل می کند و در نتیجه حساسیت نوع n ایجاد می کند.رفتار انتقال حسی مشابهی برای هترونانوساختارهای شاخه‌دار pn گزارش شده است 150151.ژو و همکاران150 حساسیت هترونانو ساختارهای شاخه‌دار Zn2SnO4@Mn3O4 را با کنترل محتوای Zn2SnO4 روی سطح نانوسیم‌های Mn3O4 بررسی کردند.هنگامی که هسته های Zn2SnO4 روی سطح Mn3O4 تشکیل شد، حساسیت نوع p مشاهده شد.با افزایش بیشتر در محتوای Zn2SnO4، حسگر مبتنی بر ساختارهای ناهمسان Zn2SnO4@Mn3O4 شاخه‌دار به رفتار حسگر نوع n تغییر می‌کند.
یک توصیف مفهومی از مکانیسم حسگر دو عملکردی نانوسیم‌های CS نشان داده شده است.a مدولاسیون مقاومت به دلیل مدولاسیون شعاعی پوسته های تخلیه شده از الکترون، b اثر منفی لکه گیری بر مدولاسیون مقاومت، و c مدولاسیون مقاومت کل نانوسیم های CS به دلیل ترکیبی از هر دو اثر 40
در نتیجه، سنسورهای نوع II شامل بسیاری از نانوساختارهای سلسله مراتبی مختلف است و عملکرد حسگر به شدت به ترتیب کانال‌های رسانا بستگی دارد.بنابراین، کنترل موقعیت کانال هدایت حسگر و استفاده از یک مدل MOS ناهمسان ساختاری مناسب برای مطالعه مکانیسم سنجش توسعه یافته سنسورهای نوع II بسیار مهم است.
ساختارهای سنسور نوع III خیلی رایج نیستند و کانال رسانایی مبتنی بر یک اتصال ناهمگون است که بین دو نیمه هادی متصل به دو الکترود تشکیل شده است.سازه‌های دستگاه منحصر به فرد معمولاً از طریق تکنیک‌های ریزماشینکاری به دست می‌آیند و مکانیسم‌های سنجش آن‌ها با دو ساختار حسگر قبلی بسیار متفاوت است.منحنی IV سنسور نوع III معمولاً به دلیل تشکیل پیوندهای ناهمگون، ویژگی های یکسوسازی معمولی را نشان می دهد.منحنی مشخصه I-V یک ناهمگونی ایده‌آل را می‌توان با مکانیسم گرمایی انتشار الکترون بر روی ارتفاع مانع ناهمگونی 152،154،155 توصیف کرد.
که در آن Va ولتاژ بایاس، A مساحت دستگاه، k ثابت بولتزمن، T دمای مطلق، q بار حامل، Jn و Jp به ترتیب چگالی جریان حفره و انتشار الکترون است.IS جریان اشباع معکوس را نشان می دهد که به صورت زیر تعریف شده است: 152,154,155
بنابراین، جریان کل ناهمگونی pn به تغییر غلظت حامل های بار و تغییر ارتفاع مانع پیوند ناهمگون بستگی دارد، همانطور که در معادلات (3) و (4) 156 نشان داده شده است.
که در آن nn0 و pp0 غلظت الکترون ها (حفره ها) در MOS نوع n (نوع p) است، \(V_{bi}^0\) پتانسیل داخلی است، Dp (Dn) ضریب انتشار است. الکترون ها (سوراخ ها)، Ln (Lp) طول انتشار الکترون ها (حفره ها)، ΔEv (ΔEc) جابجایی انرژی باند ظرفیت (باند رسانایی) در ناهمگونی است.اگرچه چگالی جریان متناسب با چگالی حامل است، اما به طور نمایی با \(V_{bi}^0\) نسبت معکوس دارد.بنابراین، تغییر کلی در چگالی جریان به شدت به مدولاسیون ارتفاع مانع ناهمگونی بستگی دارد.
همانطور که در بالا ذکر شد، ایجاد ماسفت های ناهمساختار نانوساختار (به عنوان مثال، دستگاه های نوع I و نوع II) می تواند به طور قابل توجهی عملکرد حسگر را بهبود بخشد، نه اجزای جداگانه.و برای دستگاه های نوع III، بسته به ترکیب شیمیایی ماده، پاسخ هترونانوساختاری می تواند بالاتر از دو جزء48153 یا بالاتر از یک جزء76 باشد.چندین گزارش نشان داده‌اند که پاسخ هترونانوسازه‌ها زمانی که یکی از اجزا به گاز هدف غیر حساس باشد، بسیار بیشتر از پاسخ یک جزء است.در این حالت گاز مورد نظر فقط با لایه حساس برهمکنش خواهد داشت و باعث جابجایی Ef لایه حساس و تغییر ارتفاع مانع ناهمگونی می شود.سپس جریان کل دستگاه به طور قابل توجهی تغییر می کند، زیرا مطابق با معادله با ارتفاع مانع ناهمگونی رابطه معکوس دارد.(3) و (4) 48،76،153.با این حال، زمانی که هر دو مولفه نوع n و نوع p به گاز هدف حساس هستند، عملکرد تشخیص می تواند جایی در بین باشد.José et al.76 یک سنسور متخلخل فیلم NO2 NiO/SnO2 را با کندوپاش تولید کردند و دریافتند که حساسیت حسگر تنها بالاتر از حسگر مبتنی بر NiO است، اما کمتر از حسگر مبتنی بر SnO2 است.سنسوراین پدیده به دلیل این واقعیت است که SnO2 و NiO واکنش های متضادی نسبت به NO276 نشان می دهند.همچنین، از آنجایی که این دو جزء دارای حساسیت گازی متفاوتی هستند، ممکن است تمایل یکسانی برای تشخیص گازهای اکسید کننده و کاهنده داشته باشند.برای مثال، کوون و همکاران.157 یک حسگر گاز ناهمگون pn NiO/SnO2 با کندوپاش مورب پیشنهاد کرد، همانطور که در شکل 9a نشان داده شده است.جالب توجه است که سنسور NiO/SnO2 pn-heterojunction روند حساسیت یکسانی را برای H2 و NO2 نشان داد (شکل 9a).برای حل این نتیجه، کوون و همکاران.157 به طور سیستماتیک چگونگی تغییر غلظت حامل های NO2 و H2 و تنظیم \(V_{bi}^0\) هر دو ماده را با استفاده از ویژگی های IV و شبیه سازی های کامپیوتری بررسی کردند (شکل 9bd).شکل‌های 9b و c توانایی H2 و NO2 را برای تغییر چگالی حامل حسگرها بر اساس p-NiO (pp0) و n-SnO2 (nn0) نشان می‌دهند.آنها نشان دادند که pp0 از نوع p NiO در محیط NO2 اندکی تغییر کرد، در حالی که در محیط H2 به طرز چشمگیری تغییر کرد (شکل 9b).با این حال، برای SnO2 نوع n، nn0 برعکس رفتار می کند (شکل 9c).بر اساس این نتایج، نویسندگان به این نتیجه رسیدند که وقتی H2 بر حسگر بر اساس ناهمگونی NiO/SnO2 pn اعمال شد، افزایش nn0 منجر به افزایش Jn شد و \(V_{bi}^0\) منجر به کاهش در پاسخ (شکل 9d).پس از قرار گرفتن در معرض NO2، هر دو کاهش زیاد nn0 در SnO2 و افزایش اندک pp0 در NiO منجر به کاهش زیادی در \(V_{bi}^0\) می شود که افزایش پاسخ حسی را تضمین می کند (شکل 9d). ) 157 در نتیجه، تغییرات در غلظت حامل ها و \(V_{bi}^0\) منجر به تغییر در جریان کل می شود که بیشتر بر توانایی تشخیص تأثیر می گذارد.
مکانیسم سنجش سنسور گاز بر اساس ساختار دستگاه Type III است.تصاویر مقطعی میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، دستگاه نانوکویل p-NiO/n-SnO2 و ویژگی‌های حسگر سنسور ناهمگونی نانوسیم پیچ p-NiO/n-SnO2 در دمای 200 درجه سانتی گراد برای H2 و NO2.b، SEM مقطعی یک دستگاه c، و نتایج شبیه‌سازی یک دستگاه با لایه b p-NiO و یک لایه c n-SnO2.حسگر bp-NiO و سنسور cn-SnO2 ویژگی های I-V را در هوای خشک و پس از قرار گرفتن در معرض H2 و NO2 اندازه گیری و مطابقت می دهند.یک نقشه دو بعدی از چگالی b-hole در p-NiO و یک نقشه از الکترون های c در لایه n-SnO2 با مقیاس رنگی با استفاده از نرم افزار Sentaurus TCAD مدل سازی شد.d نتایج شبیه سازی نقشه سه بعدی p-NiO/n-SnO2 در هوای خشک، H2 و NO2157 در محیط را نشان می دهد.
علاوه بر خواص شیمیایی خود ماده، ساختار دستگاه Type III امکان ایجاد حسگرهای گاز خود را نشان می دهد که با دستگاه های Type I و Type II امکان پذیر نیست.به دلیل میدان الکتریکی ذاتی (BEF)، ساختارهای دیود ناهمگونی pn معمولاً برای ساخت دستگاه‌های فتوولتائیک استفاده می‌شوند و پتانسیل ساخت حسگرهای گاز فوتوالکتریک خود را در دمای اتاق در زیر نور نشان می‌دهند.BEF در رابط هترو، ناشی از تفاوت در سطوح فرمی مواد، نیز به جداسازی جفت الکترون-حفره کمک می کند.مزیت سنسور گاز فتوولتائیک خودکار مصرف انرژی کم آن است زیرا می تواند انرژی نور روشن را جذب کند و سپس بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، خود یا سایر دستگاه های مینیاتوری را کنترل کند.به عنوان مثال، Tanuma و Sugiyama162 اتصالات ناهمگون NiO/ZnO pn را به عنوان سلول های خورشیدی برای فعال کردن حسگرهای CO2 پلی کریستالی مبتنی بر SnO2 ساخته اند.گاد و همکارانهمانطور که در شکل 10a نشان داده شده است، 74 یک حسگر گاز فتوولتائیک خودکار بر اساس یک اتصال ناهمگون Si/ZnO@CdS pn را گزارش کرد.نانوسیم‌های ZnO با جهت عمودی مستقیماً روی بسترهای سیلیکونی نوع p رشد داده شدند تا اتصالات ناهمگون Si/ZnO pn را تشکیل دهند.سپس نانوذرات CdS بر روی سطح نانوسیم‌های اکسید روی با اصلاح سطح شیمیایی اصلاح شدند.روی انجیر10a نتایج پاسخ سنسور Si/ZnO@CdS خارج از خط را برای O2 و اتانول نشان می دهد.تحت روشنایی، ولتاژ مدار باز (Voc) به دلیل جدا شدن جفت الکترون-حفره در طول BEP در رابط ناهمسان Si/ZnO به صورت خطی با تعداد دیودهای متصل ۷۴۱۶۱ افزایش می‌یابد.Voc را می توان با یک معادله نشان داد.(5) 156،
که در آن ND، NA و Ni به ترتیب غلظت دهنده ها، پذیرنده ها و حامل های ذاتی هستند و k، T و q همان پارامترهای معادله قبلی هستند.هنگامی که در معرض گازهای اکسید کننده قرار می گیرند، الکترون ها را از نانوسیم های ZnO استخراج می کنند که منجر به کاهش \(N_D^{ZnO}\) و Voc می شود.برعکس، کاهش گاز منجر به افزایش Voc شد (شکل 10a).هنگام تزئین ZnO با نانوذرات CdS، الکترون‌های برانگیخته با نور در نانوذرات CdS به نوار رسانایی ZnO تزریق می‌شوند و با گاز جذب‌شده برهم‌کنش می‌کنند و در نتیجه بازده درک را افزایش می‌دهند.یک حسگر گاز فتوولتائیک خودکار مشابه بر اساس Si/ZnO توسط هافمن و همکاران گزارش شده است.160، 161 (شکل 10b).این حسگر را می توان با استفاده از خطی از نانوذرات اکسید روی دارای عامل آمین ([3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane) (amino-functionalized-SAM) و تیول ((3-mercaptopropyl)-functionalized برای تنظیم عملکرد کار تهیه کرد. گاز مورد نظر برای تشخیص انتخابی NO2 (تری متوکسی سیلان) (تیول عاملدار-SAM)) (شکل 10b) 74,161.
یک حسگر گاز فوتوالکتریک خودکار بر اساس ساختار دستگاه نوع III.یک حسگر گاز فتوولتائیک خود نیرو بر اساس Si/ZnO@CdS، مکانیسم سنجش خودکار و پاسخ حسگر به گازهای اکسید شده (O2) و کاهش یافته (1000 ppm اتانول) در زیر نور خورشید.74b حسگر گاز فتوولتائیک خودکار مبتنی بر حسگرهای Si ZnO/ZnO و پاسخ حسگر به گازهای مختلف پس از عملکرد ZnO SAM با آمین‌ها و تیول‌های پایانی 161
بنابراین، هنگام بحث درباره مکانیسم حساس سنسورهای نوع III، تعیین تغییر در ارتفاع مانع ناهمگونی و توانایی گاز برای تأثیرگذاری بر غلظت حامل مهم است.علاوه بر این، روشنایی می‌تواند حامل‌هایی تولید کند که با گازها واکنش نشان می‌دهند، که برای تشخیص گاز خودکار امیدوارکننده است.
همانطور که در این بررسی ادبیات بحث شد، بسیاری از هترونانوساختارهای MOS مختلف برای بهبود عملکرد حسگر ساخته شده‌اند.پایگاه داده Web of Science برای کلمات کلیدی مختلف (کامپوزیت های اکسید فلز، اکسیدهای فلزی غلاف هسته، اکسیدهای فلزی لایه ای، و آنالایزرهای گاز خودکار) و همچنین ویژگی های متمایز (فراوانی، حساسیت/انتخاب، پتانسیل تولید برق، ساخت) جستجو شد. .روش ویژگی های سه مورد از این سه دستگاه در جدول 2 نشان داده شده است. مفهوم طراحی کلی برای سنسورهای گاز با کارایی بالا با تجزیه و تحلیل سه عامل کلیدی پیشنهاد شده توسط Yamazoe مورد بحث قرار گرفته است.مکانیسم‌های حسگرهای ناهم‌ساختار MOS برای درک عوامل مؤثر بر حسگرهای گاز، پارامترهای مختلف MOS (به عنوان مثال، اندازه دانه، دمای عملیاتی، نقص و چگالی فضای خالی اکسیژن، صفحات کریستالی باز) به دقت مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.ساختار دستگاه، که برای رفتار حسگر حسگر نیز حیاتی است، نادیده گرفته شده و به ندرت مورد بحث قرار گرفته است.این بررسی مکانیسم های اساسی برای تشخیص سه نوع معمولی ساختار دستگاه را مورد بحث قرار می دهد.
ساختار اندازه دانه، روش ساخت و تعداد اتصالات ناهمگون ماده حسگر در سنسور نوع I می تواند بر حساسیت سنسور تأثیر بگذارد.علاوه بر این، رفتار سنسور نیز تحت تأثیر نسبت مولی اجزا است.سازه‌های دستگاه نوع II (هترونانوساختارهای تزئینی، فیلم‌های دولایه یا چند لایه، HSSN) محبوب‌ترین سازه‌های دستگاه هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده‌اند و تنها یک جزء به الکترود متصل است.برای این ساختار دستگاه، تعیین محل کانال های هدایت و تغییرات نسبی آنها در مطالعه مکانیسم ادراک حیاتی است.از آنجایی که دستگاه‌های نوع II شامل بسیاری از ساختارهای هترونانو سلسله مراتبی مختلف می‌شوند، مکانیسم‌های سنجش متفاوتی پیشنهاد شده‌اند.در ساختار حسی نوع III، کانال هدایت تحت سلطه یک اتصال ناهمگون است که در هتروجانکشن تشکیل شده است و مکانیسم درک کاملاً متفاوت است.بنابراین، تعیین تغییر در ارتفاع مانع ناهمگونی پس از قرار گرفتن در معرض گاز هدف با سنسور نوع III مهم است.با این طراحی می توان سنسورهای گاز فتوولتائیک خودکار را برای کاهش مصرف برق ساخت.با این حال، از آنجایی که فرآیند ساخت فعلی نسبتاً پیچیده است و حساسیت آن بسیار کمتر از سنسورهای گاز شیمیایی مقاوم در برابر شیمیایی مبتنی بر MOS است، هنوز پیشرفت زیادی در تحقیق در مورد حسگرهای گاز خودکار وجود دارد.
مزیت اصلی حسگرهای MOS گاز با ساختارهای هترونانو سلسله مراتبی سرعت و حساسیت بالاتر است.با این حال، برخی از مشکلات کلیدی حسگرهای گاز MOS (به عنوان مثال، دمای عملیاتی بالا، پایداری طولانی مدت، انتخاب‌پذیری و تکرارپذیری ضعیف، اثرات رطوبت، و غیره) هنوز وجود دارند و باید قبل از استفاده در کاربردهای عملی مورد توجه قرار گیرند.سنسورهای گاز مدرن MOS معمولاً در دماهای بالا کار می کنند و انرژی زیادی مصرف می کنند که بر پایداری طولانی مدت سنسور تأثیر می گذارد.دو رویکرد متداول برای حل این مشکل وجود دارد: (1) توسعه تراشه های حسگر کم توان.(2) توسعه مواد حساس جدید که می توانند در دمای پایین یا حتی در دمای اتاق کار کنند.یکی از رویکردهای توسعه تراشه‌های حسگر کم‌مصرف، به حداقل رساندن اندازه سنسور با ساخت صفحات میکروگرم بر اساس سرامیک و سیلیکون163 است.صفحات حرارتی میکرو بر پایه سرامیکی تقریباً 50 تا 70 میلی ولت در هر سنسور مصرف می کنند، در حالی که صفحات گرمایش میکرو مبتنی بر سیلیکون بهینه شده می توانند در هنگام کار مداوم در دمای 300 درجه سانتی گراد 163164 کمتر از 2 میلی وات در هر سنسور مصرف کنند.توسعه مواد حسگر جدید یک راه موثر برای کاهش مصرف انرژی با کاهش دمای عملیاتی است و همچنین می تواند ثبات سنسور را بهبود بخشد.همانطور که اندازه MOS برای افزایش حساسیت سنسور همچنان کاهش می یابد، پایداری حرارتی MOS چالش برانگیزتر می شود که می تواند منجر به رانش در سیگنال سنسور شود.علاوه بر این، دمای بالا باعث انتشار مواد در سطح مشترک و تشکیل فازهای مخلوط می شود که بر خواص الکترونیکی سنسور تأثیر می گذارد.محققان گزارش می دهند که دمای عملیاتی بهینه حسگر را می توان با انتخاب مواد حسگر مناسب و توسعه ساختارهای ناهمسان MOS کاهش داد.جستجوی روشی در دمای پایین برای ساخت ساختارهای ناهمسان MOS بسیار کریستالی یکی دیگر از رویکردهای امیدوارکننده برای بهبود پایداری است.
گزینش پذیری سنسورهای MOS مسئله عملی دیگری است زیرا گازهای مختلف با گاز هدف همزیستی می کنند، در حالی که سنسورهای MOS اغلب به بیش از یک گاز حساس هستند و اغلب حساسیت متقاطع از خود نشان می دهند.بنابراین، افزایش گزینش پذیری سنسور به گاز هدف و همچنین گازهای دیگر برای کاربردهای عملی حیاتی است.در طول چند دهه گذشته، این انتخاب تا حدی با ساخت آرایه‌هایی از حسگرهای گاز به نام "نیزهای الکترونیکی (E-nose)" در ترکیب با الگوریتم‌های تحلیل محاسباتی مانند کوانتیزاسیون برداری آموزشی (LVQ)، تجزیه و تحلیل اجزای اصلی (PCA) مورد توجه قرار گرفته است. و غیره e.مشکلات جنسیحداقل مربعات جزئی (PLS) و غیره. 31، 32، 33، 34. دو عامل اصلی (تعداد حسگرها که ارتباط نزدیکی با نوع ماده حسگر دارند و تجزیه و تحلیل محاسباتی) برای بهبود توانایی دماغه های الکترونیکی حیاتی هستند. برای شناسایی گازها169.با این حال، افزایش تعداد سنسورها معمولاً نیازمند فرآیندهای ساخت پیچیده زیادی است، بنابراین یافتن یک روش ساده برای بهبود عملکرد دماغه‌های الکترونیکی بسیار مهم است.علاوه بر این، اصلاح MOS با مواد دیگر نیز می تواند گزینش پذیری سنسور را افزایش دهد.به عنوان مثال، تشخیص انتخابی H2 را می توان به دلیل فعالیت کاتالیزوری خوب MOS اصلاح شده با NP Pd به دست آورد.در سال های اخیر، برخی از محققان سطح MOS MOF را برای بهبود انتخاب سنسور از طریق حذف اندازه 171172 پوشش داده اند.با الهام از این کار، کاربردی کردن مواد ممکن است به نحوی مشکل گزینش پذیری را حل کند.با این حال، هنوز کار زیادی برای انتخاب متریال مناسب وجود دارد.
تکرارپذیری ویژگی‌های حسگرهای تولید شده در شرایط و روش‌های یکسان یکی دیگر از نیازهای مهم برای تولید در مقیاس بزرگ و کاربردهای عملی است.به طور معمول، روش‌های سانتریفیوژ و غوطه‌وری روش‌های کم‌هزینه برای ساخت حسگرهای گاز با توان بالا هستند.با این حال، در طی این فرآیندها، مواد حساس تمایل به تجمع پیدا می‌کنند و رابطه بین ماده حساس و زیرلایه ضعیف می‌شود.سایر روش‌های ساخت مانند کندوپاش، ALD، رسوب لیزر پالسی (PLD) و رسوب فیزیکی بخار (PVD) امکان تولید فیلم‌های MOS دولایه یا چندلایه را مستقیماً روی بسترهای سیلیکونی طرح‌دار یا آلومینا می‌دهند.این تکنیک‌ها از تجمع مواد حساس جلوگیری می‌کنند، تکرارپذیری حسگر را تضمین می‌کنند و امکان‌پذیری تولید در مقیاس بزرگ سنسورهای لایه نازک مسطح را نشان می‌دهند.با این حال، حساسیت این لایه‌های مسطح به دلیل سطح ویژه کوچک و نفوذپذیری گاز کم، عموماً بسیار کمتر از مواد نانوساختار سه بعدی است.استراتژی‌های جدید برای رشد هترونانوساختارهای MOS در مکان‌های خاص روی ریزآرایه‌های ساختاریافته و کنترل دقیق اندازه، ضخامت و مورفولوژی مواد حساس برای ساخت کم‌هزینه حسگرهای سطح ویفر با تکرارپذیری و حساسیت بالا حیاتی هستند.به عنوان مثال، لیو و همکاران.174 یک استراتژی ترکیبی از بالا به پایین و پایین به بالا برای ساخت بلورهای با توان بالا با رشد نانودیوارهای Ni(OH)2 در محل در مکان‌های خاص پیشنهاد کرد..ویفر برای ریز سوز.
علاوه بر این، در نظر گرفتن تأثیر رطوبت بر حسگر در کاربردهای عملی نیز مهم است.مولکول‌های آب می‌توانند با مولکول‌های اکسیژن برای مکان‌های جذب در مواد حسگر رقابت کنند و بر مسئولیت حسگر در قبال گاز هدف تأثیر بگذارند.مانند اکسیژن، آب به عنوان یک مولکول از طریق جذب فیزیکی عمل می‌کند و همچنین می‌تواند به شکل رادیکال‌های هیدروکسیل یا گروه‌های هیدروکسیل در انواع ایستگاه‌های اکسیداسیون از طریق جذب شیمیایی وجود داشته باشد.علاوه بر این، با توجه به سطح بالا و رطوبت متغیر محیط، پاسخ مطمئن سنسور به گاز مورد نظر مشکل بزرگی است.راهبردهای متعددی برای رفع این مشکل ایجاد شده است، مانند روش‌های پیش تغلیظ گاز، جبران رطوبت و روش‌های شبکه واکنش متقابل178، و همچنین روش‌های خشک کردن179180.با این حال، این روش ها گران، پیچیده هستند و حساسیت سنسور را کاهش می دهند.چندین استراتژی ارزان قیمت برای سرکوب اثرات رطوبت پیشنهاد شده است.به عنوان مثال، تزئین SnO2 با نانوذرات Pd می‌تواند تبدیل اکسیژن جذب شده به ذرات آنیونی را افزایش دهد، در حالی که عامل‌دار کردن SnO2 با موادی با میل ترکیبی بالا برای مولکول‌های آب، مانند NiO و CuO، دو راه برای جلوگیری از وابستگی رطوبت به مولکول‌های آب است..سنسورهای 181، 182، 183. علاوه بر این، اثر رطوبت را نیز می توان با استفاده از مواد آبگریز برای تشکیل سطوح آبگریز کاهش داد36،138،184،185.با این حال، توسعه حسگرهای گاز مقاوم در برابر رطوبت هنوز در مرحله اولیه است و برای رسیدگی به این مسائل به استراتژی های پیشرفته تری نیاز است.
در نتیجه، بهبودهایی در عملکرد تشخیص (به عنوان مثال، حساسیت، انتخاب‌پذیری، دمای عملیاتی کم) با ایجاد ساختارهای ناهمسان MOS به دست آمده‌اند و مکانیسم‌های تشخیص بهبود یافته مختلفی پیشنهاد شده‌اند.هنگام مطالعه مکانیسم حسگر یک سنسور خاص، ساختار هندسی دستگاه نیز باید در نظر گرفته شود.تحقیق در مورد مواد حسگر جدید و تحقیق در مورد استراتژی های ساخت پیشرفته برای بهبود بیشتر عملکرد حسگرهای گاز و رفع چالش های باقی مانده در آینده مورد نیاز است.برای تنظیم کنترل‌شده ویژگی‌های حسگر، لازم است به طور سیستماتیک رابطه بین روش مصنوعی مواد حسگر و عملکرد هترونانوساختارها ایجاد شود.علاوه بر این، مطالعه واکنش‌های سطحی و تغییرات در رابط‌های ناهمسان با استفاده از روش‌های توصیف مدرن می‌تواند به روشن شدن مکانیسم‌های ادراک آنها و ارائه توصیه‌هایی برای توسعه حسگرهای مبتنی بر مواد ناهمسان کمک کند.در نهایت، مطالعه استراتژی‌های ساخت حسگر مدرن ممکن است امکان ساخت حسگرهای گاز مینیاتوری را در سطح ویفر برای کاربردهای صنعتی آنها فراهم کند.
Genzel، NN و همکاران.مطالعه طولی سطوح دی اکسید نیتروژن داخلی و علائم تنفسی در کودکان مبتلا به آسم در مناطق شهری.محلهدیدگاه سلامت116، 1428-1432 (2008).