ઇન્ડોર કાર્બન મોનોક્સાઇડ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મિથેન ક્લોરિન અને અન્ય મલ્ટી-પેરામીટર ગેસ ડિટેક્ટર એલાર્મ સાધન

પર્યાવરણીય દેખરેખ, સુરક્ષા, મેડિકલ ડાયગ્નોસ્ટિક્સ અને કૃષિ ક્ષેત્રોમાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, પોર્ટેબલ અને લઘુત્તમ ગેસ સેન્સરનો વિકાસ વધુ ધ્યાન આકર્ષિત કરી રહ્યો છે.વિવિધ શોધ સાધનોમાં, મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર (MOS) કીમો-રેઝિસ્ટિવ ગેસ સેન્સર તેમની ઊંચી સ્થિરતા, ઓછી કિંમત અને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાને કારણે વ્યાવસાયિક એપ્લિકેશનો માટે સૌથી લોકપ્રિય પસંદગી છે.સેન્સરની કામગીરીને વધુ બહેતર બનાવવા માટેનો એક સૌથી મહત્વપૂર્ણ અભિગમ એ એમઓએસ નેનોમેટિરિયલ્સમાંથી નેનોસાઇઝ્ડ એમઓએસ-આધારિત હેટરોજંક્શન્સ (હેટરો-નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ એમઓએસ) ની રચના છે.જો કે, હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્ડ એમઓએસ સેન્સરની સેન્સિંગ મિકેનિઝમ સિંગલ એમઓએસ ગેસ સેન્સર કરતાં અલગ છે, કારણ કે તે એકદમ જટિલ છે.સેન્સરની કામગીરી સંવેદનશીલ સામગ્રીના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો (જેમ કે અનાજનું કદ, ખામી ઘનતા અને સામગ્રીની ઓક્સિજન ખાલી જગ્યાઓ), ઓપરેટિંગ તાપમાન અને ઉપકરણની રચના સહિત વિવિધ પરિમાણો દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.આ સમીક્ષા વિજાતીય નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ એમઓએસ સેન્સર્સની સેન્સિંગ મિકેનિઝમનું વિશ્લેષણ કરીને ઉચ્ચ પ્રદર્શન ગેસ સેન્સર્સને ડિઝાઇન કરવા માટે ઘણા ખ્યાલો રજૂ કરે છે.વધુમાં, ઉપકરણની ભૌમિતિક રચનાના પ્રભાવની ચર્ચા કરવામાં આવે છે, જે સંવેદનશીલ સામગ્રી અને કાર્યકારી ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના સંબંધ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.સેન્સરની વર્તણૂકનો વ્યવસ્થિત રીતે અભ્યાસ કરવા માટે, આ લેખ વિવિધ હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સામગ્રીઓ પર આધારિત ઉપકરણોની ત્રણ લાક્ષણિક ભૌમિતિક રચનાઓની ધારણાની સામાન્ય પદ્ધતિનો પરિચય અને ચર્ચા કરે છે.આ વિહંગાવલોકન ભાવિ વાચકો માટે માર્ગદર્શિકા તરીકે સેવા આપશે જેઓ ગેસ સેન્સરની સંવેદનશીલ પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કરે છે અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા ગેસ સેન્સર્સ વિકસાવે છે.
વાયુ પ્રદૂષણ એ વધતી જતી ગંભીર સમસ્યા છે અને એક ગંભીર વૈશ્વિક પર્યાવરણીય સમસ્યા છે જે લોકો અને જીવંત પ્રાણીઓની સુખાકારીને જોખમમાં મૂકે છે.વાયુ પ્રદૂષકોના શ્વાસમાં લેવાથી ઘણી સ્વાસ્થ્ય સમસ્યાઓ થઈ શકે છે જેમ કે શ્વસન રોગ, ફેફસાના કેન્સર, લ્યુકેમિયા અને અકાળ મૃત્યુ 1,2,3,4.2012 થી 2016 સુધીમાં, વાયુ પ્રદૂષણને કારણે લાખો લોકો મૃત્યુ પામ્યા હોવાના અહેવાલ હતા, અને દર વર્ષે, અબજો લોકો નબળી હવાની ગુણવત્તાના સંપર્કમાં આવ્યા હતા5.તેથી, પોર્ટેબલ અને લઘુચિત્ર ગેસ સેન્સર વિકસાવવા મહત્વપૂર્ણ છે જે રીઅલ-ટાઇમ ફીડબેક અને ઉચ્ચ તપાસ કામગીરી (દા.ત., સંવેદનશીલતા, પસંદગી, સ્થિરતા, અને પ્રતિભાવ અને પુનઃપ્રાપ્તિ સમય) પ્રદાન કરી શકે.પર્યાવરણીય દેખરેખ ઉપરાંત, ગેસ સેન્સર સલામતી6,7,8, તબીબી નિદાન 9,10, જળચરઉછેર11 અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
આજની તારીખે, વિવિધ સેન્સિંગ મિકેનિઝમ પર આધારિત કેટલાક પોર્ટેબલ ગેસ સેન્સર રજૂ કરવામાં આવ્યા છે, જેમ કે ઓપ્ટિકલ13,14,15,16,17,18, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ19,20,21,22 અને રાસાયણિક પ્રતિરોધક સેન્સર23,24.તેમાંથી, મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર (MOS) રાસાયણિક પ્રતિરોધક સેન્સર તેમની ઊંચી સ્થિરતા અને ઓછી કિંમત 25,26ને કારણે વ્યાવસાયિક એપ્લિકેશન્સમાં સૌથી વધુ લોકપ્રિય છે.દૂષિત સાંદ્રતા ફક્ત એમઓએસ પ્રતિકારમાં ફેરફારને શોધીને નક્કી કરી શકાય છે.1960 ના દાયકાની શરૂઆતમાં, ZnO પાતળી ફિલ્મો પર આધારિત પ્રથમ કીમો-પ્રતિરોધક ગેસ સેન્સર નોંધવામાં આવ્યા હતા, જે ગેસ શોધ 27,28 ક્ષેત્રમાં ખૂબ જ રસ પેદા કરે છે.આજે, ઘણાં વિવિધ એમઓએસનો ઉપયોગ ગેસ સંવેદનશીલ સામગ્રી તરીકે થાય છે, અને તેમને તેમના ભૌતિક ગુણધર્મોના આધારે બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: બહુમતી ચાર્જ કેરિયર્સ તરીકે ઇલેક્ટ્રોન સાથે n-ટાઈપ એમઓએસ અને બહુમતી ચાર્જ કેરિયર્સ તરીકે છિદ્રો સાથે પી-ટાઈપ એમઓએસ.ચાર્જ કેરિયર્સ.સામાન્ય રીતે, p-ટાઈપ એમઓએસ n-ટાઈપ એમઓએસ કરતાં ઓછું લોકપ્રિય છે કારણ કે p-ટાઈપ એમઓએસ (એસપી) નો પ્રેરક પ્રતિભાવ n-ટાઈપ એમઓએસ (\(S_p = \sqrt {) ના વર્ગમૂળના પ્રમાણસર છે. S_n}\ ) ) સમાન ધારણાઓ પર (ઉદાહરણ તરીકે, સમાન મોર્ફોલોજિકલ માળખું અને હવામાં બેન્ડના વળાંકમાં સમાન ફેરફાર) 29,30.જો કે, સિંગલ-બેઝ MOS સેન્સર હજુ પણ સમસ્યાઓનો સામનો કરે છે જેમ કે અપૂરતી શોધ મર્યાદા, ઓછી સંવેદનશીલતા અને પ્રાયોગિક એપ્લિકેશનમાં પસંદગીક્ષમતા.પસંદગીના મુદ્દાઓને અમુક અંશે સેન્સર્સની એરે (જેને "ઇલેક્ટ્રોનિક નોઝ" કહેવાય છે) બનાવીને અને કોમ્પ્યુટેશનલ એનાલિસિસ એલ્ગોરિધમ્સ જેમ કે તાલીમ વેક્ટર ક્વોન્ટાઇઝેશન (LVQ), મુખ્ય ઘટક વિશ્લેષણ (PCA), અને આંશિક લઘુત્તમ ચોરસ (PLS) વિશ્લેષણનો સમાવેશ કરીને સંબોધિત કરી શકાય છે. 32, 33, 34, 35. વધુમાં, નીચા-પરિમાણીય MOS32,36,37,38,39 (દા.ત. એક-પરિમાણીય (1D), 0D અને 2D નેનોમટેરિયલ્સ), તેમજ અન્ય નેનોમટેરિયલ્સનો ઉપયોગ ( દા.ત. MOS40,41,42 , નોબલ મેટલ નેનોપાર્ટિકલ્સ (NPs))43,44, કાર્બન નેનોમેટરીયલ્સ45,46 અને વાહક પોલિમર 47,48) નેનોસ્કેલ હેટરોજંકશન બનાવવા માટે (એટલે ​​કે, હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્ડ MOS) ઉપરોક્ત સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે અન્ય પસંદગીના અભિગમો છે.પરંપરાગત જાડા એમઓએસ ફિલ્મોની તુલનામાં, ઉચ્ચ વિશિષ્ટ સપાટી વિસ્તાર સાથે નીચા-પરિમાણીય એમઓએસ ગેસ શોષણ માટે વધુ સક્રિય સાઇટ્સ પ્રદાન કરી શકે છે અને ગેસ પ્રસારને સરળ બનાવે છે36,37,49.વધુમાં, એમઓએસ-આધારિત હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સની ડિઝાઇન હેટરોઇન્ટરફેસ પર વાહક પરિવહનને વધુ ટ્યુન કરી શકે છે, જેના પરિણામે વિવિધ ઓપરેટિંગ કાર્યો50,51,52ને કારણે પ્રતિકારમાં મોટા ફેરફારો થાય છે.વધુમાં, કેટલીક રાસાયણિક અસરો (દા.ત., ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ અને સિનર્જિસ્ટિક સપાટી પ્રતિક્રિયાઓ) જે MOS હેટેરોનોસ્ટ્રક્ચર્સની ડિઝાઇનમાં થાય છે તે પણ સેન્સરની કામગીરીમાં સુધારો કરી શકે છે. સેન્સર પરફોર્મન્સ, આધુનિક કીમો-રેઝિસ્ટિવ સેન્સર સામાન્ય રીતે ટ્રાયલ અને એરરનો ઉપયોગ કરે છે, જે સમય માંગી લે તેવું અને બિનકાર્યક્ષમ છે.તેથી, એમઓએસ આધારિત ગેસ સેન્સર્સની સેન્સિંગ મિકેનિઝમને સમજવું અગત્યનું છે કારણ કે તે ઉચ્ચ પ્રદર્શન દિશાત્મક સેન્સરની ડિઝાઇનને માર્ગદર્શન આપી શકે છે.
તાજેતરના વર્ષોમાં, એમઓએસ ગેસ સેન્સર્સનો ઝડપથી વિકાસ થયો છે અને એમઓએસ નેનોસ્ટ્રક્ચર 55,56,57, રૂમ ટેમ્પરેચર ગેસ સેન્સર58,59, વિશેષ એમઓએસ સેન્સર સામગ્રી 60,61,62 અને વિશેષતા ગેસ સેન્સર63 પર કેટલાક અહેવાલો પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યા છે.અન્ય સમીક્ષાઓમાં એક સમીક્ષા પેપર એમઓએસના આંતરિક ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો પર આધારિત ગેસ સેન્સરની સંવેદના પદ્ધતિને સ્પષ્ટ કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જેમાં ઓક્સિજન ખાલી જગ્યાઓ 64 ની ભૂમિકા, હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ 55, 65ની ભૂમિકા અને હેટરોઇન્ટરફેસ 66 પર ચાર્જ ટ્રાન્સફરનો સમાવેશ થાય છે. , અન્ય ઘણા પરિમાણો સેન્સરની કામગીરીને અસર કરે છે, જેમાં હેટરોસ્ટ્રક્ચર, અનાજનું કદ, ઓપરેટિંગ તાપમાન, ખામી ઘનતા, ઓક્સિજનની ખાલી જગ્યાઓ અને સંવેદનશીલ સામગ્રી 25,67,68,69,70,71 ના ખુલ્લા ક્રિસ્ટલ પ્લેનનો પણ સમાવેશ થાય છે.72, 73. જો કે, સેન્સિંગ સામગ્રી અને કાર્યકારી ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના સંબંધ દ્વારા નિર્ધારિત ઉપકરણની (ભાગ્યે જ ઉલ્લેખિત) ભૌમિતિક માળખું પણ સેન્સરની સંવેદનશીલતાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે74,75,76 (વધુ વિગતો માટે વિભાગ 3 જુઓ) .ઉદાહરણ તરીકે, કુમાર એટ અલ.77 એ સમાન સામગ્રી (દા.ત., TiO2@NiO અને NiO@TiO2 પર આધારિત બે-સ્તરવાળા ગેસ સેન્સર) પર આધારિત બે ગેસ સેન્સરનો અહેવાલ આપ્યો અને વિવિધ ઉપકરણ ભૂમિતિઓને કારણે NH3 ગેસ પ્રતિકારમાં વિવિધ ફેરફારોનું અવલોકન કર્યું.તેથી, ગેસ-સેન્સિંગ મિકેનિઝમનું વિશ્લેષણ કરતી વખતે, ઉપકરણની રચના ધ્યાનમાં લેવી મહત્વપૂર્ણ છે.આ સમીક્ષામાં, લેખકો વિવિધ વિજાતીય નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ અને ઉપકરણ માળખાં માટે એમઓએસ-આધારિત શોધ પદ્ધતિઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.અમારું માનવું છે કે આ સમીક્ષા વાચકો માટે માર્ગદર્શિકા તરીકે સેવા આપી શકે છે જે ગેસ ડિટેક્શન મિકેનિઝમને સમજવા અને તેનું વિશ્લેષણ કરવા ઈચ્છતા હોય છે અને ભવિષ્યના ઉચ્ચ પ્રદર્શન ગેસ સેન્સરના વિકાસમાં યોગદાન આપી શકે છે.
અંજીર પર.1a એક જ MOS પર આધારિત ગેસ સેન્સિંગ મિકેનિઝમનું મૂળભૂત મોડેલ બતાવે છે.જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ, એમઓએસ સપાટી પર ઓક્સિજન (O2) પરમાણુઓનું શોષણ એમઓએસમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને આકર્ષિત કરશે અને એનિઓનિક પ્રજાતિઓ (જેમ કે O2- અને O-) ની રચના કરશે.પછી, એન-ટાઈપ એમઓએસ માટે ઈલેક્ટ્રોન ડિપ્લેશન લેયર (ઈડીએલ) અથવા પી-ટાઈપ એમઓએસ માટે હોલ એક્યુમ્યુલેશન લેયર (એચએએલ) પછી એમઓએસ 15, 23, 78ની સપાટી પર રચાય છે. O2 અને વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા MOS સપાટી MOS ના વહન બેન્ડને ઉપર તરફ વળે છે અને સંભવિત અવરોધ બનાવે છે.ત્યારબાદ, જ્યારે સેન્સર લક્ષ્ય ગેસના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે MOS ની સપાટી પર શોષાયેલ ગેસ આયનીય ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, કાં તો ઇલેક્ટ્રોન (ઓક્સિડાઇઝિંગ ગેસ) ને આકર્ષે છે અથવા ઇલેક્ટ્રોન (ગેસ ઘટાડીને) દાન કરે છે.લક્ષ્ય ગેસ અને MOS વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર EDL અથવા HAL30,81 ની પહોળાઈને સમાયોજિત કરી શકે છે જેના પરિણામે MOS સેન્સરના એકંદર પ્રતિકારમાં ફેરફાર થાય છે.ઉદાહરણ તરીકે, ઘટાડતા ગેસ માટે, ઇલેક્ટ્રોનને ઘટાડતા ગેસમાંથી n-ટાઈપ એમઓએસમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવશે, પરિણામે નીચા EDL અને નીચા પ્રતિકારમાં પરિણમે છે, જેને n-ટાઈપ સેન્સર વર્તન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.તેનાથી વિપરિત, જ્યારે પી-ટાઈપ એમઓએસ ઘટાડતા ગેસના સંપર્કમાં આવે છે જે p-પ્રકારની સંવેદનશીલતાની વર્તણૂક નક્કી કરે છે, ત્યારે HAL સંકોચાય છે અને ઈલેક્ટ્રોન દાનને કારણે પ્રતિકાર વધે છે.ઓક્સિડાઇઝિંગ વાયુઓ માટે, વાયુઓને ઘટાડવા માટે સેન્સરનો પ્રતિભાવ તેનાથી વિરુદ્ધ છે.
સેમિકન્ડક્ટર ગેસ સેન્સર્સમાં સામેલ મુખ્ય પરિબળો અને ભૌતિક-રાસાયણિક અથવા ભૌતિક ગુણધર્મો 89
મૂળભૂત તપાસ પદ્ધતિ સિવાય, પ્રાયોગિક ગેસ સેન્સરમાં વપરાતી ગેસ શોધની પદ્ધતિ ખૂબ જટિલ છે.ઉદાહરણ તરીકે, ગેસ સેન્સરનો વાસ્તવિક ઉપયોગ વપરાશકર્તાની જરૂરિયાતોને આધારે ઘણી જરૂરિયાતો (જેમ કે સંવેદનશીલતા, પસંદગી અને સ્થિરતા) ને પૂર્ણ કરે છે.આ જરૂરિયાતો સંવેદનશીલ સામગ્રીના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે નજીકથી સંબંધિત છે.ઉદાહરણ તરીકે, Xu et al.71 એ દર્શાવ્યું કે SnO2 આધારિત સેન્સર સૌથી વધુ સંવેદનશીલતા પ્રાપ્ત કરે છે જ્યારે સ્ફટિક વ્યાસ (d) SnO271 ની Debye લંબાઈ (λD) કરતા બમણી અથવા તેનાથી ઓછો હોય છે.જ્યારે d ≤ 2λD, O2 પરમાણુઓના શોષણ પછી SnO2 સંપૂર્ણપણે ક્ષીણ થઈ જાય છે, અને ગેસ ઘટાડવા માટે સેન્સરનો પ્રતિભાવ મહત્તમ હોય છે.આ ઉપરાંત, અન્ય વિવિધ પરિમાણો સેન્સરની કામગીરીને અસર કરી શકે છે, જેમાં ઓપરેટિંગ તાપમાન, ક્રિસ્ટલ ખામીઓ અને સંવેદના સામગ્રીના ખુલ્લા ક્રિસ્ટલ પ્લેનનો પણ સમાવેશ થાય છે.ખાસ કરીને, ઓપરેટિંગ તાપમાનના પ્રભાવને લક્ષ્ય ગેસના શોષણ અને શોષણના દરો, તેમજ શોષિત ગેસના અણુઓ અને ઓક્સિજન કણો 4,82 વચ્ચેની સપાટીની પ્રતિક્રિયાત્મકતા વચ્ચેની સંભવિત સ્પર્ધા દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે.ક્રિસ્ટલ ખામીઓની અસર ઓક્સિજન ખાલી જગ્યાઓ [83, 84] ની સામગ્રી સાથે મજબૂત રીતે સંબંધિત છે.ઓપન ક્રિસ્ટલ ફેસ67,85,86,87 ની વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા સેન્સરનું સંચાલન પણ પ્રભાવિત થઈ શકે છે.ઓછી ઘનતાવાળા ખુલ્લા સ્ફટિક વિમાનો ઉચ્ચ ઊર્જા સાથે વધુ અસંકલિત ધાતુના કેશન્સ દર્શાવે છે, જે સપાટીના શોષણ અને પ્રતિક્રિયાશીલતાને પ્રોત્સાહન આપે છે88.કોષ્ટક 1 ઘણા મુખ્ય પરિબળો અને તેમની સાથે સંકળાયેલ સુધારેલ સમજશક્તિ પદ્ધતિઓની યાદી આપે છે.તેથી, આ સામગ્રી પરિમાણોને સમાયોજિત કરીને, શોધ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકાય છે, અને સેન્સરની કામગીરીને અસર કરતા મુખ્ય પરિબળોને નિર્ધારિત કરવું મહત્વપૂર્ણ છે.
Yamazoe89 અને Shimanoe et al.68,71 એ સેન્સરની ધારણાની સૈદ્ધાંતિક પદ્ધતિ પર સંખ્યાબંધ અભ્યાસો કર્યા અને સેન્સરની કામગીરીને પ્રભાવિત કરતા ત્રણ સ્વતંત્ર મુખ્ય પરિબળોનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો, ખાસ કરીને રીસેપ્ટર ફંક્શન, ટ્રાન્સડ્યુસર ફંક્શન અને ઉપયોગિતા (ફિગ. 1b)..રીસેપ્ટર ફંક્શન એ એમઓએસ સપાટીની ગેસ પરમાણુઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાની ક્ષમતાનો સંદર્ભ આપે છે.આ કાર્ય MOS ના રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે નજીકથી સંબંધિત છે અને વિદેશી સ્વીકારકો (ઉદાહરણ તરીકે, મેટલ NPs અને અન્ય MOS) રજૂ કરીને નોંધપાત્ર રીતે સુધારી શકાય છે.ટ્રાન્સડ્યુસર ફંક્શન એ ગેસ અને MOS સપાટી વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાને MOS ની અનાજની સીમાઓ દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવતા વિદ્યુત સંકેતમાં રૂપાંતરિત કરવાની ક્ષમતાનો સંદર્ભ આપે છે.આમ, MOC કણોના કદ અને વિદેશી રીસેપ્ટર્સની ઘનતા દ્વારા સંવેદનાત્મક કાર્ય નોંધપાત્ર રીતે પ્રભાવિત થાય છે.Katoch et al.90 એ અહેવાલ આપ્યો છે કે ZnO-SnO2 નેનોફિબ્રિલ્સના અનાજના કદમાં ઘટાડાથી ટ્રાન્સડ્યુસર કાર્યક્ષમતા સાથે સુસંગત અસંખ્ય હેટરોજંકશનની રચના અને સેન્સરની સંવેદનશીલતામાં વધારો થયો છે.વાંગ એટ અલ.91 એ Zn2GeO4 ના વિવિધ અનાજ કદની સરખામણી કરી અને અનાજની સીમાઓ રજૂ કર્યા પછી સેન્સરની સંવેદનશીલતામાં 6.5-ગણો વધારો દર્શાવ્યો.ઉપયોગિતા એ અન્ય મુખ્ય સેન્સર પ્રદર્શન પરિબળ છે જે આંતરિક MOS માળખામાં ગેસની ઉપલબ્ધતાનું વર્ણન કરે છે.જો ગેસના અણુઓ આંતરિક MOS સાથે પ્રવેશ કરી શકતા નથી અને પ્રતિક્રિયા કરી શકતા નથી, તો સેન્સરની સંવેદનશીલતા ઓછી થશે.ઉપયોગિતા ચોક્કસ ગેસના પ્રસારની ઊંડાઈ સાથે નજીકથી સંબંધિત છે, જે સંવેદના સામગ્રીના છિદ્રના કદ પર આધારિત છે.સકાઈ એટ અલ.92 એ ફ્લુ ગેસ પ્રત્યે સેન્સરની સંવેદનશીલતાનું મોડેલિંગ કર્યું અને જાણવા મળ્યું કે ગેસનું પરમાણુ વજન અને સેન્સર મેમ્બ્રેનની છિદ્ર ત્રિજ્યા બંને સેન્સર પટલમાં વિવિધ ગેસ પ્રસરણ ઊંડાણો પર સેન્સરની સંવેદનશીલતાને અસર કરે છે.ઉપરોક્ત ચર્ચા દર્શાવે છે કે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા ગેસ સેન્સર રીસેપ્ટર કાર્ય, ટ્રાન્સડ્યુસર કાર્ય અને ઉપયોગિતાને સંતુલિત કરીને અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને વિકસાવી શકાય છે.
ઉપરોક્ત કાર્ય એક MOS ની મૂળભૂત ધારણા પદ્ધતિને સ્પષ્ટ કરે છે અને MOS ના પ્રભાવને અસર કરતા ઘણા પરિબળોની ચર્ચા કરે છે.આ પરિબળો ઉપરાંત, હેટરોસ્ટ્રક્ચર્સ પર આધારિત ગેસ સેન્સર સેન્સર અને રીસેપ્ટરના કાર્યોમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરીને સેન્સરની કામગીરીમાં વધુ સુધારો કરી શકે છે.આ ઉપરાંત, હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાઓને વધારીને, ચાર્જ ટ્રાન્સફરને નિયંત્રિત કરીને અને વધુ શોષણ સાઇટ્સ બનાવીને સેન્સરની કામગીરીમાં વધુ સુધારો કરી શકે છે.આજની તારીખે, એમઓએસ હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ પર આધારિત ઘણા ગેસ સેન્સર્સનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે જેથી ઉન્નત સેન્સિંગ 95,96,97 માટેની પદ્ધતિઓની ચર્ચા કરવામાં આવે.મિલર એટ અલ.55 એ સપાટી-આશ્રિત, ઇન્ટરફેસ-આશ્રિત અને માળખું-આશ્રિત સહિત હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સની સંવેદનશીલતામાં સુધારો કરવાની સંભાવના ધરાવતી ઘણી પદ્ધતિઓનો સારાંશ આપ્યો છે.તેમાંથી, ઇન્ટરફેસ-આશ્રિત એમ્પ્લીફિકેશન મિકેનિઝમ તમામ ઇન્ટરફેસ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને એક સિદ્ધાંતમાં આવરી લેવા માટે ખૂબ જટિલ છે, કારણ કે હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સામગ્રીઓ પર આધારિત વિવિધ સેન્સર્સ (ઉદાહરણ તરીકે, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction, વગેરે) નો ઉપયોગ કરી શકાય છે. .સ્કોટકી ગાંઠ).સામાન્ય રીતે, એમઓએસ-આધારિત હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સેન્સરમાં હંમેશા બે અથવા વધુ અદ્યતન સેન્સર મિકેનિઝમ્સ 98,99,100 શામેલ હોય છે.આ એમ્પ્લીફિકેશન મિકેનિઝમ્સની સિનર્જિસ્ટિક અસર સેન્સર સિગ્નલોના સ્વાગત અને પ્રક્રિયાને વધારી શકે છે.આમ, સંશોધકોને તેમની જરૂરિયાતો અનુસાર બોટમ-અપ ગેસ સેન્સર વિકસાવવામાં મદદ કરવા માટે વિજાતીય નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સામગ્રીઓ પર આધારિત સેન્સરની ધારણાની પદ્ધતિને સમજવી મહત્વપૂર્ણ છે.વધુમાં, ઉપકરણનું ભૌમિતિક માળખું સેન્સર 74, 75, 76 ની સંવેદનશીલતાને પણ નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે. સેન્સરની વર્તણૂકનું વ્યવસ્થિત વિશ્લેષણ કરવા માટે, વિવિધ હેટરોનોનસ્ટ્રક્ચર્ડ સામગ્રીઓ પર આધારિત ત્રણ ઉપકરણ રચનાઓની સેન્સિંગ મિકેનિઝમ્સ રજૂ કરવામાં આવશે. અને નીચે ચર્ચા કરી.
MOS આધારિત ગેસ સેન્સરના ઝડપી વિકાસ સાથે, વિવિધ હેટરો-નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ MOS પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે.હેટરોઇન્ટરફેસ પર ચાર્જ ટ્રાન્સફર ઘટકોના વિવિધ ફર્મી સ્તરો (Ef) પર આધાર રાખે છે.હેટરોઈન્ટરફેસ પર, ઈલેક્ટ્રોન મોટા Ef સાથે એક બાજુથી બીજી બાજુ નાના Ef સાથે ખસે છે જ્યાં સુધી તેમનું ફર્મી સ્તર સંતુલન સુધી પહોંચે છે, અને છિદ્રો, ઊલટું.પછી હેટરોઇન્ટરફેસ પરના વાહકો ક્ષીણ થઈ જાય છે અને ક્ષીણ સ્તર બનાવે છે.એકવાર સેન્સર લક્ષ્ય ગેસના સંપર્કમાં આવે છે, હેટરોનોનસ્ટ્રક્ચર્ડ MOS વાહક એકાગ્રતા બદલાય છે, જેમ કે અવરોધની ઊંચાઈ પણ બદલાય છે, જેનાથી ડિટેક્શન સિગ્નલ વધે છે.વધુમાં, હેટરોનોનસ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવાની વિવિધ પદ્ધતિઓ સામગ્રી અને ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના વિવિધ સંબંધો તરફ દોરી જાય છે, જે વિવિધ ઉપકરણ ભૂમિતિ અને વિવિધ સંવેદના પદ્ધતિઓ તરફ દોરી જાય છે.આ સમીક્ષામાં, અમે ત્રણ ભૌમિતિક ઉપકરણ માળખું પ્રસ્તાવિત કરીએ છીએ અને દરેક માળખા માટે સંવેદના પદ્ધતિની ચર્ચા કરીએ છીએ.
જો કે ગેસ ડિટેક્શન કામગીરીમાં હેટરોજંક્શન્સ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે, સમગ્ર સેન્સરની ઉપકરણ ભૂમિતિ પણ શોધ વર્તણૂકને નોંધપાત્ર રીતે પ્રભાવિત કરી શકે છે, કારણ કે સેન્સર વહન ચેનલનું સ્થાન ઉપકરણ ભૂમિતિ પર ખૂબ નિર્ભર છે.આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, હેટરોજંકશન એમઓએસ ઉપકરણોની ત્રણ લાક્ષણિક ભૂમિતિઓની અહીં ચર્ચા કરવામાં આવી છે. પ્રથમ પ્રકારમાં, બે એમઓએસ જોડાણો બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે અવ્યવસ્થિત રીતે વિતરિત કરવામાં આવે છે, અને વાહક ચેનલનું સ્થાન મુખ્ય એમઓએસ દ્વારા નિર્ધારિત કરવામાં આવે છે, બીજું છે. વિવિધ MOS માંથી વિજાતીય નેનોસ્ટ્રક્ચરની રચના, જ્યારે માત્ર એક MOS ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ છે.ઇલેક્ટ્રોડ જોડાયેલ છે, પછી વાહક ચેનલ સામાન્ય રીતે MOS ની અંદર સ્થિત હોય છે અને સીધા ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ હોય છે.ત્રીજા પ્રકારમાં, બે સામગ્રીઓ બે ઇલેક્ટ્રોડ સાથે અલગથી જોડાયેલ છે, જે બે સામગ્રી વચ્ચે રચાયેલા હેટરોજંકશન દ્વારા ઉપકરણને માર્ગદર્શન આપે છે.
સંયોજનો વચ્ચે હાઇફન (દા.ત. “SnO2-NiO”) સૂચવે છે કે બે ઘટકો ખાલી મિશ્રિત છે (પ્રકાર I).બે જોડાણો વચ્ચેનું “@” ચિહ્ન (દા.ત. “SnO2@NiO”) સૂચવે છે કે સ્કેફોલ્ડ મટિરિયલ (NiO) એક પ્રકાર II સેન્સર સ્ટ્રક્ચર માટે SnO2 વડે શણગારેલું છે.સ્લેશ (દા.ત. “NiO/SnO2”) પ્રકાર III સેન્સર ડિઝાઇન સૂચવે છે.
એમઓએસ કમ્પોઝીટ પર આધારિત ગેસ સેન્સર માટે, બે એમઓએસ તત્વો ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે અવ્યવસ્થિત રીતે વિતરિત કરવામાં આવે છે.MOS કમ્પોઝીટ તૈયાર કરવા માટે અસંખ્ય ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે, જેમાં સોલ-જેલ, કોપ્રિસિપિટેશન, હાઇડ્રોથર્મલ, ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ અને યાંત્રિક મિશ્રણ પદ્ધતિઓ98,102,103,104નો સમાવેશ થાય છે.તાજેતરમાં, મેટલ-ઓર્ગેનિક ફ્રેમવર્ક (MOFs), છિદ્રાળુ સ્ફટિકીય માળખાગત સામગ્રીનો એક વર્ગ જે મેટલ કેન્દ્રો અને કાર્બનિક લિંકર્સથી બનેલો છે, તેનો ઉપયોગ છિદ્રાળુ MOS કમ્પોઝીટના નિર્માણ માટે ટેમ્પ્લેટ તરીકે કરવામાં આવે છે105,106,107,108.નોંધનીય છે કે એમઓએસ કમ્પોઝીટની ટકાવારી સમાન હોવા છતાં, વિવિધ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરતી વખતે સંવેદનશીલતાની લાક્ષણિકતાઓમાં ઘણો ફેર હોઈ શકે છે. 109,110 ઉદાહરણ તરીકે, ગાઓ એટ અલ.109 એ સમાન પ્રમાણ સાથે MoO3±SnO2 સંયોજનો પર આધારિત બે સેન્સર બનાવ્યા છે. (Mo:Sn = 1:1.9) અને જાણવા મળ્યું કે વિવિધ ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિઓ વિવિધ સંવેદનશીલતા તરફ દોરી જાય છે.શાપોશ્નિક એટ અલ.110 એ નોંધ્યું છે કે વાયુયુક્ત H2 માટે સહ-અવક્ષેપિત SnO2-TiO2 ની પ્રતિક્રિયા યાંત્રિક રીતે મિશ્રિત સામગ્રી કરતા અલગ છે, સમાન Sn/Ti ગુણોત્તરમાં પણ.આ તફાવત ઉદ્ભવે છે કારણ કે MOP અને MOP સ્ફટિકના કદ વચ્ચેનો સંબંધ વિવિધ સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓ 109,110 સાથે બદલાય છે.જ્યારે દાતાની ઘનતા અને સેમિકન્ડક્ટર પ્રકારની દ્રષ્ટિએ અનાજનું કદ અને આકાર સુસંગત હોય, ત્યારે સંપર્ક ભૂમિતિ બદલાતી ન હોય તો પ્રતિભાવ એ જ રહેવો જોઈએ 110.સ્ટેર્ઝ એટ અલ.111 એ અહેવાલ આપ્યો છે કે SnO2-Cr2O3 કોર-શીથ (CSN) નેનોફાઈબર્સ અને ગ્રાઉન્ડ SnO2-Cr2O3 CSN ની શોધ લાક્ષણિકતાઓ લગભગ સમાન હતી, જે સૂચવે છે કે નેનોફાઈબર મોર્ફોલોજી કોઈ ફાયદો આપતું નથી.
વિવિધ ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિઓ ઉપરાંત, બે અલગ અલગ MOSFET ના સેમિકન્ડક્ટર પ્રકારો પણ સેન્સરની સંવેદનશીલતાને અસર કરે છે.બે MOSFET એ એક જ પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટર (nn અથવા pp જંકશન) અથવા વિવિધ પ્રકારો (pn જંકશન) છે તેના આધારે તેને વધુ બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.જ્યારે ગેસ સેન્સર એક જ પ્રકારના MOS સંયોજનો પર આધારિત હોય છે, ત્યારે બે MOS ના દાઢ ગુણોત્તરમાં ફેરફાર કરીને, સંવેદનશીલતા પ્રતિભાવ લાક્ષણિકતા યથાવત રહે છે, અને સેન્સરની સંવેદનશીલતા nn- અથવા pp-heterojunctions ની સંખ્યાના આધારે બદલાય છે.જ્યારે સંયુક્તમાં એક ઘટક પ્રબળ હોય છે (દા.ત. 0.9 ZnO-0.1 SnO2 અથવા 0.1 ZnO-0.9 SnO2), વહન ચેનલ પ્રભાવશાળી MOS દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જેને હોમોજંક્શન વહન ચેનલ 92 કહેવાય છે.જ્યારે બે ઘટકોના ગુણોત્તર તુલનાત્મક હોય છે, ત્યારે એવું માનવામાં આવે છે કે વહન ચેનલ હેટરોજંકશન 98,102 દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે.યામાઝો એટ અલ.112,113 એ અહેવાલ આપ્યો છે કે બે ઘટકોના હેટરોકોન્ટેક્ટ ક્ષેત્ર સેન્સરની સંવેદનશીલતાને મોટા પ્રમાણમાં સુધારી શકે છે કારણ કે ઘટકોના વિવિધ ઓપરેટિંગ કાર્યોને કારણે રચાયેલ હેટરોજંકશન અવરોધ ઇલેક્ટ્રોનના સંપર્કમાં આવતા સેન્સરની ગતિશીલતાને અસરકારક રીતે નિયંત્રિત કરી શકે છે.વિવિધ આસપાસના વાયુઓ 112,113.અંજીર પર.આકૃતિ 3a બતાવે છે કે SnO2-ZnO તંતુમય અધિક્રમિક માળખા પર આધારિત સેન્સર વિવિધ ZnO સામગ્રીઓ સાથે (0 થી 10 mol % Zn સુધી) પસંદગીપૂર્વક ઇથેનોલ શોધી શકે છે.તેમાંથી, SnO2-ZnO ફાઇબર્સ (7 mol.% Zn) પર આધારિત સેન્સરે મોટી સંખ્યામાં હેટરોજંકશનની રચના અને ચોક્કસ સપાટીના ક્ષેત્રમાં વધારો થવાને કારણે સૌથી વધુ સંવેદનશીલતા દર્શાવી, જેણે કન્વર્ટરના કાર્યમાં વધારો કર્યો અને સુધારેલ. સંવેદનશીલતા 90 જો કે, ZnO સામગ્રીમાં 10 mol.% સુધી વધારા સાથે, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર SnO2-ZnO સંયુક્ત સપાટીના સક્રિયકરણ વિસ્તારોને લપેટી શકે છે અને સેન્સરની સંવેદનશીલતા ઘટાડી શકે છે85.વિવિધ Fe/Ni રેશિયો (ફિગ. 3b)114 સાથે NiO-NiFe2O4 pp હેટરોજંકશન કમ્પોઝીટ પર આધારિત સેન્સર માટે પણ સમાન વલણ જોવા મળે છે.
SnO2-ZnO ફાઇબરની SEM છબીઓ (7 mol.% Zn) અને 260 °C પર 100 ppm ની સાંદ્રતા સાથે વિવિધ વાયુઓને સેન્સર પ્રતિભાવ;54b વિવિધ વાયુઓના 50 પીપીએમ, 260 °C પર શુદ્ધ NiO અને NiO-NiFe2O4 સંયોજનો પર આધારિત સેન્સર્સના પ્રતિભાવો;114 (c) xSnO2-(1-x)Co3O4 રચનામાં ગાંઠોની સંખ્યા અને xSnO2-(1-x)Co3O4 રચનાની અનુરૂપ પ્રતિકાર અને સંવેદનશીલતા પ્રતિક્રિયાઓ પ્રતિ 10 પીપીએમ CO, એસેટોન, C6H6 અને SO2 ની યોજનાકીય રેખાકૃતિ Sn/Co 98 નો મોલર રેશિયો બદલીને 350 °C પર ગેસ
Pn-MOS સંયોજનો MOS115 ના અણુ ગુણોત્તરના આધારે વિવિધ સંવેદનશીલતા વર્તન દર્શાવે છે.સામાન્ય રીતે, એમઓએસ કમ્પોઝીટનું સંવેદનાત્મક વર્તણૂક તેના પર ખૂબ નિર્ભર છે કે જેના પર એમઓએસ સેન્સર માટે પ્રાથમિક વહન ચેનલ તરીકે કાર્ય કરે છે.તેથી, મિશ્રણની ટકાવારી રચના અને નેનોસ્ટ્રક્ચરને દર્શાવવું ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.કિમ એટ અલ.98 એ xSnO2 ± (1-x)Co3O4 સંયુક્ત નેનોફાઇબર્સની શ્રેણીને ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ કરીને અને તેમના સેન્સર ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરીને સંશ્લેષણ કરીને આ નિષ્કર્ષની પુષ્ટિ કરી.તેઓએ જોયું કે SnO2-Co3O4 સંયુક્ત સેન્સરની વર્તણૂક SnO2 (ફિગ. 3c)98 ની ટકાવારી ઘટાડીને n-ટાઈપમાંથી p-ટાઈપમાં બદલાઈ ગઈ છે.વધુમાં, હેટરોજંકશન-પ્રબળ સેન્સર્સ (0.5 SnO2-0.5 Co3O4 પર આધારિત) એ હોમોજંક્શન-પ્રબળ સેન્સર્સ (દા.ત., ઉચ્ચ SnO2 અથવા Co3O4 સેન્સર્સ) ની તુલનામાં C6H6 માટે સૌથી વધુ ટ્રાન્સમિશન દર દર્શાવ્યા હતા.0.5 SnO2-0.5 Co3O4 આધારિત સેન્સરનો સહજ ઉચ્ચ પ્રતિકાર અને એકંદર સેન્સર પ્રતિકારને મોડ્યુલેટ કરવાની તેની વધુ ક્ષમતા C6H6 માટે તેની ઉચ્ચતમ સંવેદનશીલતામાં ફાળો આપે છે.વધુમાં, SnO2-Co3O4 heterointerfaces માંથી ઉદ્દભવતી જાળી મિસમેચ ખામીઓ ગેસ પરમાણુઓ માટે પ્રેફરન્શિયલ શોષણ સાઇટ્સ બનાવી શકે છે, જેનાથી સેન્સર પ્રતિભાવ 109,116 વધારી શકાય છે.
સેમિકન્ડક્ટર-ટાઈપ એમઓએસ ઉપરાંત, એમઓએસ કમ્પોઝીટના સ્પર્શ વર્તનને એમઓએસ-117 ની રસાયણશાસ્ત્રનો ઉપયોગ કરીને પણ કસ્ટમાઇઝ કરી શકાય છે.હુઓ એટ અલ.117 એ Co3O4-SnO2 સંયોજનો તૈયાર કરવા માટે એક સરળ સોક-બેક પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો અને જાણવા મળ્યું કે 10% ના Co/Sn મોલર રેશિયો પર, સેન્સરે H2 માટે p-ટાઈપ ડિટેક્શન પ્રતિભાવ અને n-પ્રકારની સંવેદનશીલતા દર્શાવી હતી. H2.પ્રતિભાવCO, H2S અને NH3 વાયુઓના સેન્સર પ્રતિભાવો આકૃતિ 4a117 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.નીચા Co/Sn રેશિયો પર, SnO2±SnO2 નેનોગ્રેન સીમાઓ પર ઘણા હોમોજંક્શન્સ રચાય છે અને H2 (ફિગ્સ. 4b,c)115 માટે n-પ્રકાર સેન્સર પ્રતિભાવો દર્શાવે છે.Co/Sn ગુણોત્તરમાં 10 mol સુધીના વધારા સાથે.%, SnO2-SnO2 હોમોજંક્શનને બદલે, ઘણા Co3O4-SnO2 હેટરોજંકશન એકસાથે રચાયા હતા (ફિગ. 4d).Co3O4 H2 ના સંદર્ભમાં નિષ્ક્રિય હોવાથી, અને SnO2 H2 સાથે સખત પ્રતિક્રિયા આપે છે, આયનીય ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ સાથે H2 ની પ્રતિક્રિયા મુખ્યત્વે SnO2117 ની સપાટી પર થાય છે.તેથી, ઇલેક્ટ્રોન SnO2 તરફ જાય છે અને Ef SnO2 વહન બેન્ડ તરફ જાય છે, જ્યારે Ef Co3O4 યથાવત રહે છે.પરિણામે, સેન્સરનો પ્રતિકાર વધે છે, જે દર્શાવે છે કે ઉચ્ચ Co/Sn ગુણોત્તર સાથેની સામગ્રી પી-ટાઈપ સેન્સિંગ વર્તન દર્શાવે છે (ફિગ. 4e).તેનાથી વિપરીત, CO, H2S અને NH3 વાયુઓ SnO2 અને Co3O4 સપાટી પર આયનીય ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને ઇલેક્ટ્રોન ગેસમાંથી સેન્સર તરફ જાય છે, પરિણામે અવરોધ ઊંચાઈ અને n-પ્રકારની સંવેદનશીલતામાં ઘટાડો થાય છે (ફિગ. 4f)..આ ભિન્ન સેન્સર વર્તણૂક વિવિધ વાયુઓ સાથે Co3O4 ની વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓને કારણે છે, જે યીન એટ અલ દ્વારા વધુ પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી.118એ જ રીતે, કાટોચ એટ અલ.119 એ દર્શાવ્યું હતું કે SnO2-ZnO કમ્પોઝિટમાં સારી પસંદગી અને H2 પ્રત્યે ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા છે.આ વર્તણૂક એટલા માટે થાય છે કારણ કે H ના s-ઓર્બિટલ અને Oના p-ઓર્બિટલ વચ્ચે મજબૂત વર્ણસંકરીકરણને કારણે H અણુઓ ZnO ની O સ્થિતિમાં સરળતાથી શોષાઈ શકે છે, જે ZnO120,121 ના ​​ધાતુકરણ તરફ દોરી જાય છે.
એક Co/Sn-10% ડાયનેમિક રેઝિસ્ટન્સ કર્વ્સ જેમ કે H2, CO, NH3 અને H2S, b, c Co3O4/SnO2 સંયુક્ત સેન્સિંગ મિકેનિઝમ ડાયાગ્રામ H2 માટે નીચા % m.Co/Sn, df Co3O4 ઉચ્ચ Co/Sn/SnO2 સંયુક્ત સાથે H2 અને CO, H2S અને NH3 ની મિકેનિઝમ શોધ
તેથી, અમે યોગ્ય ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિઓ પસંદ કરીને, કમ્પોઝિટના અનાજના કદને ઘટાડીને અને એમઓએસ કમ્પોઝિટ્સના દાઢ ગુણોત્તરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને I-ટાઈપ સેન્સરની સંવેદનશીલતાને સુધારી શકીએ છીએ.વધુમાં, સંવેદનશીલ સામગ્રીની રસાયણશાસ્ત્રની ઊંડી સમજ સેન્સરની પસંદગીને વધુ વધારી શકે છે.
પ્રકાર II સેન્સર સ્ટ્રક્ચર્સ એ અન્ય લોકપ્રિય સેન્સર માળખું છે જે વિવિધ પ્રકારની વિજાતીય નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરી શકે છે, જેમાં એક "માસ્ટર" નેનોમટીરિયલ અને બીજું અથવા તો ત્રીજું નેનોમેટરિયલ પણ સામેલ છે.ઉદાહરણ તરીકે, નેનોપાર્ટિકલ્સ, કોર-શેલ (CS) અને મલ્ટિલેયર હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્ડ મટિરિયલ્સથી સજાવવામાં આવેલી એક-પરિમાણીય અથવા દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રીનો સામાન્ય રીતે પ્રકાર II સેન્સર સ્ટ્રક્ચર્સમાં ઉપયોગ થાય છે અને નીચે વિગતવાર ચર્ચા કરવામાં આવશે.
ફિગ 2b(1) માં બતાવ્યા પ્રમાણે પ્રથમ હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર સામગ્રી (સુશોભિત હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર) માટે, સેન્સરની વાહક ચેનલો બેઝ સામગ્રી દ્વારા જોડાયેલ છે.હેટરોજંકશનની રચનાને કારણે, સંશોધિત નેનોપાર્ટિકલ્સ ગેસ શોષણ અથવા ડિસોર્પ્શન માટે વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ સાઇટ્સ પ્રદાન કરી શકે છે, અને સેન્સિંગ કામગીરીને સુધારવા માટે ઉત્પ્રેરક તરીકે પણ કાર્ય કરી શકે છે109,122,123,124.યુઆન એટ અલ.41 એ નોંધ્યું કે CeO2 નેનોડોટ્સ સાથે WO3 નેનોવાયર્સને સુશોભિત કરવાથી CeO2@WO3 heterointerface અને CeO2 સપાટી પર વધુ શોષણ સાઇટ્સ પ્રદાન કરી શકે છે અને એસેટોન સાથે પ્રતિક્રિયા માટે વધુ રસાયણયુક્ત ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ પેદા કરી શકે છે.ગુણવાન વગેરે.125. એક-પરિમાણીય Au@α-Fe2O3 પર આધારિત અતિ-ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા એસીટોન સેન્સર પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું છે અને એવું જોવામાં આવ્યું છે કે સેન્સરની સંવેદનશીલતા ઓક્સિજન સ્ત્રોત તરીકે O2 પરમાણુઓના સક્રિયકરણ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.Au NPs ની હાજરી એસીટોનના ઓક્સિડેશન માટે ઓક્સિજનના અણુઓના જાળી ઓક્સિજનમાં વિયોજનને પ્રોત્સાહન આપતા ઉત્પ્રેરક તરીકે કાર્ય કરી શકે છે.ચોઈ એટ અલ દ્વારા સમાન પરિણામો પ્રાપ્ત થયા હતા.9 જ્યાં એક Pt ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ શોષિત ઓક્સિજન પરમાણુઓને આયનોઈઝ્ડ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓમાં વિભાજિત કરવા અને એસિટોન પ્રત્યે સંવેદનશીલ પ્રતિભાવને વધારવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.2017 માં, તે જ સંશોધન ટીમે દર્શાવ્યું હતું કે બાઈમેટાલિક નેનોપાર્ટિકલ્સ સિંગલ નોબલ મેટલ નેનોપાર્ટિકલ્સ કરતાં ઉત્પ્રેરકમાં વધુ કાર્યક્ષમ છે, જેમ કે આકૃતિ 5126 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. 5a એ પ્લેટિનમ-આધારિત બાયમેટાલિક (PtM) NPs નો ઉપયોગ કરીને મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયાની યોજના ધરાવે છે. સરેરાશ કદ 3 એનએમ કરતા ઓછું.પછી, ઇલેક્ટ્રોસ્પિનિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને, એસીટોન અથવા H2S (ફિગ. 5b–g) પ્રત્યે સંવેદનશીલતા અને પસંદગીને વધારવા માટે PtM@WO3 નેનોફાઇબર્સ મેળવવામાં આવ્યા હતા.તાજેતરમાં, એકલ અણુ ઉત્પ્રેરક (એસએસી) એ અણુઓના ઉપયોગની મહત્તમ કાર્યક્ષમતા અને 127,128 ટ્યુન કરેલ ઇલેક્ટ્રોનિક માળખાને કારણે ઉત્પ્રેરક અને ગેસ વિશ્લેષણના ક્ષેત્રમાં ઉત્કૃષ્ટ ઉત્પ્રેરક પ્રદર્શન દર્શાવ્યું છે.શિન એટ અલ.129 એ Pt-SA એન્કર્ડ કાર્બન નાઈટ્રાઈડ (MCN), SnCl2 અને PVP નેનોશીટ્સનો ઉપયોગ ગેસની શોધ માટે Pt@MCN@SnO2 ઇનલાઈન ફાઈબર તૈયાર કરવા માટે રાસાયણિક સ્ત્રોત તરીકે કર્યો.Pt@MCN ની ખૂબ જ ઓછી સામગ્રી હોવા છતાં (0.13 wt.% થી 0.68 wt.%), વાયુયુક્ત ફોર્માલ્ડિહાઇડ Pt@MCN@SnO2 ની તપાસ કામગીરી અન્ય સંદર્ભ નમૂનાઓ (શુદ્ધ SnO2, MCN@SnO2 અને Pt NPs@) કરતાં શ્રેષ્ઠ છે. SnO2)..આ ઉત્કૃષ્ટ શોધ કામગીરી Pt SA ઉત્પ્રેરકની મહત્તમ અણુ કાર્યક્ષમતા અને SnO2129 સક્રિય સાઇટ્સના ન્યૂનતમ કવરેજને આભારી હોઈ શકે છે.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) નેનોપાર્ટિકલ્સ મેળવવા માટે Apoferritin-લોડેડ એન્કેપ્સ્યુલેશન પદ્ધતિ;bd પ્રિસ્ટીન WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3, અને Pt-NiO@WO3 નેનોફાઈબર્સની ગતિશીલ ગેસ સંવેદનશીલ ગુણધર્મો;દાખલા તરીકે, PtPd@WO3, PtRn@WO3 અને Pt-NiO@WO3 નેનોફાઈબર સેન્સર્સની પસંદગીના ગુણધર્મ પર આધારિત છે જે દખલકારી ગેસ 126 ના 1 પીપીએમ સુધી
આ ઉપરાંત, સ્કેફોલ્ડ મટિરિયલ્સ અને નેનોપાર્ટિકલ્સ વચ્ચે બનેલા હેટરોજંકશન પણ સેન્સર પર્ફોર્મન્સ130,131,132 ને સુધારવા માટે રેડિયલ મોડ્યુલેશન મિકેનિઝમ દ્વારા વહન ચેનલોને અસરકારક રીતે મોડ્યુલેટ કરી શકે છે.અંજીર પર.આકૃતિ 6a શુદ્ધ SnO2 અને Cr2O3@SnO2 નેનોવાઈર્સની સેન્સર લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે જે વાયુઓને ઘટાડવા અને ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે અને અનુરૂપ સેન્સર મિકેનિઝમ્સ131 દર્શાવે છે.શુદ્ધ SnO2 nanowires ની તુલનામાં, Cr2O3@SnO2 નેનોવાયર્સના વાયુઓને ઘટાડવા માટેનો પ્રતિભાવ ઘણો વધારે છે, જ્યારે ઓક્સિડાઇઝિંગ વાયુઓનો પ્રતિભાવ વધુ ખરાબ થાય છે.આ ઘટનાઓ રચિત pn હેટરોજંકશનની રેડિયલ દિશામાં SnO2 નેનોવાઈર્સની વહન ચેનલોના સ્થાનિક મંદી સાથે નજીકથી સંબંધિત છે.વાયુઓ ઘટાડવા અને ઓક્સિડાઇઝ કરવાના સંપર્કમાં આવ્યા પછી શુદ્ધ SnO2 નેનોવાયરની સપાટી પર EDL પહોળાઈ બદલીને સેન્સર પ્રતિકારને સરળ રીતે ટ્યુન કરી શકાય છે.જો કે, Cr2O3@SnO2 નેનોવાયર માટે, શુદ્ધ SnO2 નેનોવાયર્સની તુલનામાં હવામાં SnO2 નેનોવાઈર્સનો પ્રારંભિક DEL વધે છે, અને હેટરોજંકશનની રચનાને કારણે વહન ચેનલ દબાઈ જાય છે.તેથી, જ્યારે સેન્સર ઘટાડતા ગેસના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ફસાયેલા ઇલેક્ટ્રોનને SnO2 નેનોવાયર્સમાં છોડવામાં આવે છે અને EDL નાટકીય રીતે ઘટે છે, પરિણામે શુદ્ધ SnO2 નેનોવાયર્સની સરખામણીમાં વધુ સંવેદનશીલતા જોવા મળે છે.તેનાથી વિપરીત, જ્યારે ઓક્સિડાઇઝિંગ ગેસ પર સ્વિચ કરવામાં આવે છે, ત્યારે DEL વિસ્તરણ મર્યાદિત હોય છે, પરિણામે ઓછી સંવેદનશીલતા થાય છે.ચોઈ એટ અલ., 133 દ્વારા સમાન સંવેદનાત્મક પ્રતિભાવ પરિણામો જોવા મળ્યા હતા જેમાં p-ટાઈપ WO3 નેનોપાર્ટિકલ્સથી સુશોભિત SnO2 નેનોવાઈર્સે વાયુઓને ઘટાડવા માટે નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ સંવેદનાત્મક પ્રતિભાવ દર્શાવ્યો હતો, જ્યારે n-સુશોભિત SnO2 સેન્સરે ઓક્સિડાઇઝિંગ gases પ્રત્યે સંવેદનશીલતામાં સુધારો કર્યો હતો.TiO2 નેનોપાર્ટિકલ્સ (ફિગ. 6b) 133. આ પરિણામ મુખ્યત્વે SnO2 અને MOS (TiO2 અથવા WO3) નેનોપાર્ટિકલ્સના વિવિધ કાર્ય કાર્યોને કારણે છે.પી-ટાઈપ (એન-ટાઈપ) નેનોપાર્ટિકલ્સમાં, ફ્રેમવર્ક સામગ્રી (SnO2) ની વહન ચેનલ રેડિયલ દિશામાં વિસ્તરે છે (અથવા સંકોચન કરે છે), અને પછી, ઘટાડો (અથવા ઓક્સિડેશન) ની ક્રિયા હેઠળ, વધુ વિસ્તરણ (અથવા ટૂંકાવી) ગેસની SnO2 – પાંસળીની વહન ચેનલ (ફિગ. 6b).
સંશોધિત LF MOS દ્વારા પ્રેરિત રેડિયલ મોડ્યુલેશન મિકેનિઝમ.શુદ્ધ SnO2 અને Cr2O3@SnO2 નેનોવાયર્સ અને અનુરૂપ સેન્સિંગ મિકેનિઝમ યોજનાકીય આકૃતિઓ પર આધારિત 10 પીપીએમ ઘટાડવા અને ઓક્સિડાઇઝિંગ વાયુઓ માટેના ગેસ પ્રતિભાવોનો સારાંશ;અને WO3@SnO2 નેનોરોડ્સ અને ડિટેક્શન મિકેનિઝમ133 ની અનુરૂપ યોજનાઓ
બાયલેયર અને મલ્ટિલેયર હેટરોસ્ટ્રક્ચર ઉપકરણોમાં, ઉપકરણની વહન ચેનલ ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે સીધા સંપર્કમાં સ્તર (સામાન્ય રીતે નીચેનું સ્તર) દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે, અને બે સ્તરોના ઇન્ટરફેસ પર રચાયેલ હેટરોજંકશન નીચેના સ્તરની વાહકતાને નિયંત્રિત કરી શકે છે. .તેથી, જ્યારે વાયુઓ ઉપરના સ્તર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે તેઓ નીચેના સ્તરની વહન ચેનલો અને ઉપકરણના પ્રતિકાર 134 ને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, કુમાર એટ અલ.77 એ NH3 માટે TiO2@NiO અને NiO@TiO2 ડબલ લેયરની વિપરીત વર્તણૂકની જાણ કરી.આ તફાવત ઉદ્ભવે છે કારણ કે બે સેન્સરની વહન ચેનલો વિવિધ સામગ્રીના સ્તરોમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે (અનુક્રમે NiO અને TiO2), અને પછી અંતર્ગત વહન ચેનલોમાં ભિન્નતાઓ અલગ-અલગ છે77.
બિલેયર અથવા મલ્ટિલેયર હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ સામાન્ય રીતે સ્પુટરિંગ, એટોમિક લેયર ડિપોઝિશન (ALD) અને સેન્ટ્રીફ્યુગેશન56,70,134,135,136 દ્વારા બનાવવામાં આવે છે.ફિલ્મની જાડાઈ અને બે સામગ્રીના સંપર્ક વિસ્તારને સારી રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે.આકૃતિઓ 7a અને b દર્શાવે છે કે NiO@SnO2 અને Ga2O3@WO3 નેનોફિલ્મ્સ ઇથેનોલ ડિટેક્શન 135,137 માટે સ્પુટરિંગ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.જો કે, આ પદ્ધતિઓ સામાન્ય રીતે ફ્લેટ ફિલ્મોનું નિર્માણ કરે છે, અને આ ફ્લેટ ફિલ્મો 3D નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ મટિરિયલ્સ કરતાં ઓછી સંવેદનશીલ હોય છે કારણ કે તેમના નીચા ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને ગેસ અભેદ્યતાને કારણે.તેથી, ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર41,52,138 વધારીને સમજશક્તિમાં સુધારો કરવા માટે વિવિધ વંશવેલો સાથે બાયલેયર ફિલ્મો બનાવવા માટેની લિક્વિડ-ફેઝ વ્યૂહરચના પણ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે.Zhu et al139 એ H2S શોધ (ફિગ. 7c) માટે SnO2 નેનોવાયર્સ (ZnO@SnO2 nanowires) પર ખૂબ જ ઓર્ડર કરેલા ZnO નેનોવાઈર્સનું ઉત્પાદન કરવા માટે સ્પુટરિંગ અને હાઈડ્રોથર્મલ ટેકનિકોને જોડે છે.1 પીપીએમ H2S માટે તેનો પ્રતિભાવ સ્પુટર્ડ ZnO@SnO2 નેનોફિલ્મ્સ પર આધારિત સેન્સર કરતા 1.6 ગણો વધારે છે.લિયુ એટ અલ.52 એ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા H2S સેન્સરનો અહેવાલ આપ્યો છે જેમાં બે-સ્ટેપ ઇન સિટુ કેમિકલ ડિપોઝિશન મેથડનો ઉપયોગ કરીને અધિક્રમિક SnO2@NiO નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ બનાવ્યા છે અને ત્યારબાદ થર્મલ એનિલિંગ (ફિગ. 10d).પરંપરાગત સ્પુટર્ડ SnO2@NiO બાયલેયર ફિલ્મોની સરખામણીમાં, SnO2@NiO હાયરાર્કિકલ બાયલેયર સ્ટ્રક્ચરની સંવેદનશીલતા કામગીરીમાં ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર52,137માં વધારો થવાને કારણે નોંધપાત્ર રીતે સુધારો થયો છે.
એમઓએસ પર આધારિત ડબલ લેયર ગેસ સેન્સર.ઇથેનોલ શોધ માટે NiO@SnO2 નેનોફિલ્મ;ઇથેનોલ શોધ માટે 137b Ga2O3@WO3 નેનોફિલ્મ;H2S શોધ માટે 135c અત્યંત ઓર્ડર કરેલ SnO2@ZnO બાયલેયર અધિક્રમિક માળખું;H2S52 શોધવા માટે 139d SnO2@NiO બાયલેયર અધિક્રમિક માળખું.
કોર-શેલ હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ (CSHNs) પર આધારિત પ્રકાર II ઉપકરણોમાં, સંવેદનાની પદ્ધતિ વધુ જટિલ છે, કારણ કે વહન ચેનલો આંતરિક શેલ સુધી મર્યાદિત નથી.ઉત્પાદન માર્ગ અને પેકેજની જાડાઈ (hs) બંને વાહક ચેનલોનું સ્થાન નક્કી કરી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, બોટમ-અપ સિન્થેસિસ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરતી વખતે, વહન ચેનલો સામાન્ય રીતે આંતરિક કોર સુધી મર્યાદિત હોય છે, જે બે-સ્તર અથવા મલ્ટિલેયર ડિવાઇસ સ્ટ્રક્ચર્સ (ફિગ. 2b(3)) 123, 140, 141, 142, ની રચનામાં સમાન હોય છે. 143. ઝુ એટ અલ.144 એ CSHN NiO@α-Fe2O3 અને CuO@α-Fe2O3 મેળવવા માટે α-Fe2O3 નેનોરોડ્સ પર NiO અથવા CuO NPsનું સ્તર જમા કરીને નીચેથી ઉપરના અભિગમની જાણ કરી હતી જેમાં વહન ચેનલ મધ્ય ભાગ દ્વારા મર્યાદિત હતી.(નાનોરોડ્સ α-Fe2O3).લિયુ એટ અલ.142 સિલિકોન નેનોવાયર્સના તૈયાર એરે પર TiO2 જમા કરીને CSHN TiO2 @ Si ના મુખ્ય ભાગમાં વહન ચેનલને મર્યાદિત કરવામાં પણ સફળ થયું.તેથી, તેનું સેન્સિંગ વર્તન (p-type અથવા n-type) માત્ર સિલિકોન નેનોવાઈરના સેમિકન્ડક્ટર પ્રકાર પર આધારિત છે.
જો કે, મોટા ભાગના નોંધાયેલા CSHN-આધારિત સેન્સર (ફિગ. 2b(4)) સંશ્લેષિત CS સામગ્રીના પાઉડરને ચિપ્સ પર સ્થાનાંતરિત કરીને બનાવવામાં આવ્યા હતા.આ કિસ્સામાં, સેન્સરનો વહન માર્ગ હાઉસિંગ જાડાઈ (hs) દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.કિમના જૂથે ગેસ ડિટેક્શન કામગીરી પર hs ની અસરની તપાસ કરી અને સંભવિત ડિટેક્શન મિકેનિઝમ100,112,145,146,147,148નો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. એવું માનવામાં આવે છે કે આ રચનાની સંવેદના પદ્ધતિમાં બે પરિબળો ફાળો આપે છે: (1) શેલના EDLનું રેડિયલ મોડ્યુલેશન અને (2) ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્મીયરિંગ અસર (ફિગ. 8) 145. સંશોધકોએ ઉલ્લેખ કર્યો છે કે વહન ચેનલ જ્યારે શેલ લેયર 145 ના hs > λD હોય ત્યારે કેરિયર્સ મોટાભાગે શેલ સ્તર સુધી મર્યાદિત હોય છે. એવું માનવામાં આવે છે કે આ રચનાની સંવેદના પદ્ધતિમાં બે પરિબળો ફાળો આપે છે: (1) શેલના EDLનું રેડિયલ મોડ્યુલેશન અને (2) ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્મીયરિંગ અસર (ફિગ. 8) 145. સંશોધકોએ ઉલ્લેખ કર્યો છે કે વહન ચેનલ જ્યારે શેલ લેયર 145 ના hs > λD હોય ત્યારે કેરિયર્સ મોટાભાગે શેલ સ્તર સુધી મર્યાદિત હોય છે. 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. એવું માનવામાં આવે છે કે આ રચનાની ધારણાની પદ્ધતિમાં બે પરિબળો સામેલ છે: (1) શેલના EDLનું રેડિયલ મોડ્યુલેશન અને (2) ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડને અસ્પષ્ટ કરવાની અસર (ફિગ. 8) 145. સંશોધકોએ નોંધ્યું કે જ્યારે hs > λD શેલ્સ 145 હોય ત્યારે વાહક વહન ચેનલ મુખ્યત્વે શેલ સુધી મર્યાદિત હોય છે.એવું માનવામાં આવે છે કે આ રચનાની તપાસ પદ્ધતિમાં બે પરિબળો ફાળો આપે છે: (1) શેલના DELનું રેડિયલ મોડ્યુલેશન અને (2) ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્મીયરિંગની અસર (ફિગ. 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 ограничелойкон. સંશોધકોએ નોંધ્યું કે વહન ચેનલ જ્યારે શેલની hs > λD145 હોય, ત્યારે વાહકોની સંખ્યા મુખ્યત્વે શેલ દ્વારા મર્યાદિત હોય છે.તેથી, CSHN પર આધારિત સેન્સરના પ્રતિકારક મોડ્યુલેશનમાં, ક્લેડીંગ ડીઈએલનું રેડિયલ મોડ્યુલેશન પ્રવર્તે છે (ફિગ. 8a).જો કે, શેલના hs ≤ λD પર, શેલ દ્વારા શોષાયેલા ઓક્સિજન કણો અને CS હેટરોજંકશન પર રચાયેલ હેટરોજંકશન ઈલેક્ટ્રોનનો સંપૂર્ણ ક્ષીણ થઈ જાય છે. તેથી, વહન ચેનલ માત્ર શેલ સ્તરની અંદર જ નહીં પરંતુ આંશિક રીતે મુખ્ય ભાગમાં પણ સ્થિત છે, ખાસ કરીને જ્યારે શેલ સ્તરની hs < λD. તેથી, વહન ચેનલ માત્ર શેલ સ્તરની અંદર જ નહીં પરંતુ આંશિક રીતે મુખ્ય ભાગમાં પણ સ્થિત છે, ખાસ કરીને જ્યારે શેલ સ્તરની hs < λD. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, но и частично в сердцевинной сердцевинной частологается не только внутри оболочечного слоя, તેથી, વહન ચેનલ માત્ર શેલ સ્તરની અંદર જ નહીં, પરંતુ આંશિક રીતે મુખ્ય ભાગમાં પણ સ્થિત છે, ખાસ કરીને શેલ સ્તરના hs < λD પર.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 <. તેથી, વહન ચેનલ માત્ર શેલની અંદર જ નહીં, પણ આંશિક રીતે કોરમાં પણ સ્થિત છે, ખાસ કરીને શેલના hs < λD પર.આ કિસ્સામાં, સંપૂર્ણ રીતે ક્ષીણ થયેલ ઇલેક્ટ્રોન શેલ અને આંશિક રીતે ક્ષીણ થયેલ કોર સ્તર બંને સમગ્ર CSHN ના પ્રતિકારને મોડ્યુલેટ કરવામાં મદદ કરે છે, જેના પરિણામે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની પૂંછડી અસર થાય છે (ફિગ. 8b).કેટલાક અન્ય અભ્યાસોએ એચએસ ઇફેક્ટ100,148નું વિશ્લેષણ કરવા માટે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ ટેલને બદલે EDL વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક ખ્યાલનો ઉપયોગ કર્યો છે.આ બે યોગદાનને ધ્યાનમાં લેતા, CSHN પ્રતિકારનું કુલ મોડ્યુલેશન તેના સૌથી મોટા મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે જ્યારે hs શીથ λD સાથે તુલનાત્મક હોય છે, જેમ કે ફિગ. 8c માં બતાવ્યા પ્રમાણે.તેથી, CSHN માટે શ્રેષ્ઠ hs શેલ λD ની નજીક હોઈ શકે છે, જે પ્રાયોગિક અવલોકનો 99,144,145,146,149 સાથે સુસંગત છે.કેટલાક અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે hs CSHN-આધારિત pn-heterojunction sensors40,148 ની સંવેદનશીલતાને પણ અસર કરી શકે છે.લિ એટ અલ.148 અને બાઇ એટ અલ.40 એ ક્લેડીંગ ALD સાયકલમાં ફેરફાર કરીને pn-હીટરોજંકશન CSHN સેન્સર્સ, જેમ કે TiO2@CuO અને ZnO@NiO ના પ્રદર્શન પર hs ની અસરની વ્યવસ્થિત તપાસ કરી.પરિણામે, hs40,148 વધવા સાથે સંવેદનાત્મક વર્તણૂક p-ટાઈપથી n-ટાઈપમાં બદલાઈ ગઈ.આ વર્તણૂક એ હકીકતને કારણે છે કે શરૂઆતમાં (મર્યાદિત સંખ્યામાં ALD ચક્ર સાથે) હેટરોસ્ટ્રક્ચર્સને સંશોધિત હેટરોનોસ્ટ્રક્ચર્સ તરીકે ગણી શકાય.આમ, વહન ચેનલ કોર લેયર (p-ટાઈપ MOSFET) દ્વારા મર્યાદિત છે, અને સેન્સર પી-ટાઈપ ડિટેક્શન વર્તન દર્શાવે છે.જેમ જેમ ALD ચક્રની સંખ્યામાં વધારો થાય છે તેમ તેમ ક્લેડીંગ લેયર (n-type MOSFET) અર્ધ-સતત બને છે અને વહન ચેનલ તરીકે કાર્ય કરે છે, પરિણામે n-પ્રકારની સંવેદનશીલતા થાય છે.સમાન સંવેદનાત્મક સંક્રમણ વર્તન pn બ્રાન્ચેડ હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ 150,151 માટે નોંધવામાં આવ્યું છે.ઝોઉ એટ અલ.150 એ Mn3O4 નેનોવાયર્સની સપાટી પર Zn2SnO4 સામગ્રીને નિયંત્રિત કરીને Zn2SnO4@Mn3O4 બ્રાન્ચ્ડ હેટેરોનોનસ્ટ્રક્ચર્સની સંવેદનશીલતાની તપાસ કરી.જ્યારે Mn3O4 સપાટી પર Zn2SnO4 ન્યુક્લીની રચના થઈ, ત્યારે p-પ્રકારની સંવેદનશીલતા જોવા મળી હતી.Zn2SnO4 સામગ્રીમાં વધુ વધારા સાથે, બ્રાન્ચેડ Zn2SnO4@Mn3O4 હેટરોનોનસ્ટ્રક્ચર્સ પર આધારિત સેન્સર n-ટાઈપ સેન્સર વર્તન પર સ્વિચ કરે છે.
CS નેનોવાયર્સના બે-કાર્યકારી સેન્સર મિકેનિઝમનું વૈચારિક વર્ણન બતાવવામાં આવ્યું છે.a ઇલેક્ટ્રોન-ક્ષીણ શેલ્સના રેડિયલ મોડ્યુલેશનને કારણે પ્રતિકાર મોડ્યુલેશન, b પ્રતિકાર મોડ્યુલેશન પર સ્મીયરિંગની નકારાત્મક અસર અને c બંને અસરોના સંયોજનને કારણે CS નેનોવાયર્સનું કુલ પ્રતિકાર મોડ્યુલેશન 40
નિષ્કર્ષમાં, પ્રકાર II સેન્સરમાં ઘણાં વિવિધ અધિક્રમિક નેનોસ્ટ્રક્ચર્સનો સમાવેશ થાય છે, અને સેન્સરની કામગીરી વાહક ચેનલોની ગોઠવણી પર ખૂબ નિર્ભર છે.તેથી, સેન્સરની વહન ચેનલની સ્થિતિને નિયંત્રિત કરવી અને પ્રકાર II સેન્સરની વિસ્તૃત સેન્સિંગ પદ્ધતિનો અભ્યાસ કરવા માટે યોગ્ય હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્ડ MOS મોડલનો ઉપયોગ કરવો મહત્વપૂર્ણ છે.
પ્રકાર III સેન્સર સ્ટ્રક્ચર્સ ખૂબ સામાન્ય નથી, અને વહન ચેનલ અનુક્રમે બે ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલા બે સેમિકન્ડક્ટર વચ્ચે રચાયેલા હેટરોજંકશન પર આધારિત છે.યુનિક ડિવાઈસ સ્ટ્રક્ચર સામાન્ય રીતે માઈક્રોમશીનિંગ ટેકનિક દ્વારા મેળવવામાં આવે છે અને તેમની સેન્સિંગ મિકેનિઝમ્સ અગાઉના બે સેન્સર સ્ટ્રક્ચર્સ કરતા ઘણી અલગ હોય છે.પ્રકાર III સેન્સરનો IV વળાંક સામાન્ય રીતે 48,152,153 હેટરોજંકશન રચનાને કારણે લાક્ષણિક સુધારણા લક્ષણો દર્શાવે છે.આદર્શ હેટરોજંકશનના I-V લાક્ષણિકતા વળાંકને હેટરોજંકશન અવરોધ 152,154,155ની ઊંચાઈ પર ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જનની થર્મિઓનિક પદ્ધતિ દ્વારા વર્ણવી શકાય છે.
જ્યાં Va એ બાયસ વોલ્ટેજ છે, A એ ઉપકરણ વિસ્તાર છે, k એ બોલ્ટ્ઝમેન સ્થિરાંક છે, T એ સંપૂર્ણ તાપમાન છે, q એ વાહક ચાર્જ છે, Jn અને Jp અનુક્રમે છિદ્ર અને ઇલેક્ટ્રોન પ્રસરણ વર્તમાન ઘનતા છે.IS વિપરીત સંતૃપ્તિ વર્તમાનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, આ રીતે વ્યાખ્યાયિત: 152,154,155
તેથી, pn હેટરોજંકશનનો કુલ પ્રવાહ ચાર્જ કેરિયર્સની સાંદ્રતામાં ફેરફાર અને હેટરોજંકશનના અવરોધની ઊંચાઈમાં ફેરફાર પર આધાર રાખે છે, જેમ કે સમીકરણો (3) અને (4) 156 માં બતાવ્યા પ્રમાણે
જ્યાં nn0 અને pp0 એ n-ટાઈપ (p-ટાઈપ) MOS માં ઈલેક્ટ્રોન (છિદ્રો) ની સાંદ્રતા છે, \(V_{bi}^0\) બિલ્ટ-ઈન પોટેન્શિયલ છે, Dp (Dn) એ પ્રસરણ ગુણાંક છે ઇલેક્ટ્રોન (છિદ્રો), Ln (Lp ) એ ઇલેક્ટ્રોન (છિદ્રો) ની પ્રસરણ લંબાઈ છે, ΔEv (ΔEc) એ હેટરોજંકશન પર વેલેન્સ બેન્ડ (વહન બેન્ડ) ની ઊર્જા શિફ્ટ છે.વર્તમાન ઘનતા વાહક ઘનતાના પ્રમાણસર હોવા છતાં, તે ઘાતાંકીય રીતે વિપરિત પ્રમાણમાં \(V_{bi}^0\) છે.તેથી, વર્તમાન ઘનતામાં એકંદર ફેરફાર હેટરોજંકશન અવરોધની ઊંચાઈના મોડ્યુલેશન પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે.
ઉપર જણાવ્યા મુજબ, હેટરો-નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ MOSFETs (ઉદાહરણ તરીકે, પ્રકાર I અને પ્રકાર II ઉપકરણો) ની રચના વ્યક્તિગત ઘટકોને બદલે સેન્સરની કામગીરીમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકે છે.અને પ્રકાર III ઉપકરણો માટે, સામગ્રીની રાસાયણિક રચનાના આધારે હેટરોનોનોસ્ટ્રક્ચર પ્રતિસાદ બે ઘટકો કરતાં 48,153 અથવા એક ઘટક76 કરતાં વધુ હોઈ શકે છે.કેટલાક અહેવાલોએ દર્શાવ્યું છે કે જ્યારે એક ઘટક લક્ષ્ય ગેસ48,75,76,153 માટે સંવેદનશીલ હોય ત્યારે હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સનો પ્રતિભાવ એક ઘટક કરતાં ઘણો વધારે હોય છે.આ કિસ્સામાં, લક્ષ્ય ગેસ માત્ર સંવેદનશીલ સ્તર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરશે અને સંવેદનશીલ સ્તરની શિફ્ટ Ef અને હેટરોજંકશન અવરોધની ઊંચાઈમાં ફેરફારનું કારણ બનશે.પછી ઉપકરણનો કુલ પ્રવાહ નોંધપાત્ર રીતે બદલાશે, કારણ કે તે સમીકરણ અનુસાર હેટરોજંકશન અવરોધની ઊંચાઈ સાથે વિપરીત રીતે સંબંધિત છે.(3) અને (4) 48,76,153.જો કે, જ્યારે n-ટાઈપ અને p-ટાઈપ બંને ઘટકો લક્ષ્ય ગેસ પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે, ત્યારે તપાસ કામગીરી વચ્ચે ક્યાંક હોઈ શકે છે.જોસ એટ અલ.76 એ સ્પુટરિંગ દ્વારા છિદ્રાળુ NiO/SnO2 ફિલ્મ NO2 સેન્સરનું નિર્માણ કર્યું અને જાણવા મળ્યું કે સેન્સરની સંવેદનશીલતા માત્ર NiO આધારિત સેન્સર કરતા વધારે છે, પરંતુ SnO2 આધારિત સેન્સર કરતા ઓછી છે.સેન્સરઆ ઘટના એ હકીકતને કારણે છે કે SnO2 અને NiO NO276 ની વિરુદ્ધ પ્રતિક્રિયાઓ દર્શાવે છે.ઉપરાંત, કારણ કે બે ઘટકોમાં અલગ-અલગ ગેસ સંવેદનશીલતા હોય છે, તેઓ ઓક્સિડાઇઝિંગ અને વાયુઓ ઘટાડવાની સમાન વલણ ધરાવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, Kwon et al.157 એ NiO/SnO2 pn-હીટરોજંક્શન ગેસ સેન્સર ત્રાંસી સ્પુટરિંગ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કર્યું, જેમ કે ફિગ. 9a માં બતાવ્યા પ્રમાણે.રસપ્રદ રીતે, NiO/SnO2 pn-હીટરોજંકશન સેન્સર H2 અને NO2 (ફિગ. 9a) માટે સમાન સંવેદનશીલતા વલણ દર્શાવે છે.આ પરિણામ ઉકેલવા માટે, Kwon et al.157 એ વ્યવસ્થિત રીતે તપાસ કરી કે કેવી રીતે NO2 અને H2 વાહકની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કરે છે અને IV-લાક્ષણિકતાઓ અને કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન (ફિગ. 9bd) નો ઉપયોગ કરીને બંને સામગ્રીના \(V_{bi}^0\)ને ટ્યુન કરે છે.આકૃતિઓ 9b અને c અનુક્રમે p-NiO (pp0) અને n-SnO2 (nn0) પર આધારિત સેન્સરની વાહક ઘનતાને બદલવા માટે H2 અને NO2 ની ક્ષમતા દર્શાવે છે.તેઓએ બતાવ્યું કે p-પ્રકાર NiO નું pp0 NO2 પર્યાવરણમાં સહેજ બદલાયું છે, જ્યારે H2 પર્યાવરણમાં તે નાટકીય રીતે બદલાયું છે (ફિગ. 9b).જો કે, n-પ્રકાર SnO2 માટે, nn0 વિપરીત રીતે વર્તે છે (ફિગ. 9c).આ પરિણામોના આધારે, લેખકોએ નિષ્કર્ષ કાઢ્યો કે જ્યારે NiO/SnO2 pn હેટરોજંકશન પર આધારિત સેન્સર પર H2 લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું, ત્યારે nn0 માં વધારો થવાથી Jn માં વધારો થયો હતો, અને \(V_{bi}^0\) એ પ્રતિભાવમાં ઘટાડો (ફિગ. 9d).NO2 ના સંપર્કમાં આવ્યા પછી, SnO2 માં nn0 માં મોટો ઘટાડો અને NiO માં pp0 માં નાનો વધારો બંને \(V_{bi}^0\) માં મોટો ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે, જે સંવેદનાત્મક પ્રતિભાવમાં વધારો સુનિશ્ચિત કરે છે (ફિગ. 9d ) 157 નિષ્કર્ષમાં, વાહકોની સાંદ્રતામાં ફેરફાર અને \(V_{bi}^0\) કુલ પ્રવાહમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે, જે શોધ ક્ષમતાને વધુ અસર કરે છે.
ગેસ સેન્સરનું સેન્સિંગ મિકેનિઝમ પ્રકાર III ઉપકરણની રચના પર આધારિત છે.H2 અને NO2 માટે 200°C પર ઇલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી (SEM) ક્રોસ-સેક્શનલ ઈમેજીસ, p-NiO/n-SnO2 નેનોકોઈલ ડિવાઈસ અને p-NiO/n-SnO2 નેનોકોઈલ હેટરોજંક્શન સેન્સરના સેન્સર પ્રોપર્ટીઝને સ્કેન કરી રહ્યું છે;b , c-ડિવાઈસના ક્રોસ-વિભાગીય SEM અને p-NiO b-સ્તર અને n-SnO2 c-સ્તરવાળા ઉપકરણના સિમ્યુલેશન પરિણામો.b p-NiO સેન્સર અને c n-SnO2 સેન્સર શુષ્ક હવામાં અને H2 અને NO2 ના સંપર્કમાં આવ્યા પછી I–V લાક્ષણિકતાઓને માપે છે અને મેળ ખાય છે.સેન્ટૌરસ TCAD સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને p-NiO માં બી-હોલ ડેન્સિટીનો દ્વિ-પરિમાણીય નકશો અને n-SnO2 સ્તરમાં c-ઇલેક્ટ્રોનનો નકશો તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો.d અનુકરણ પરિણામો સૂકી હવામાં p-NiO/n-SnO2 નો 3D નકશો દર્શાવે છે, પર્યાવરણમાં H2 અને NO2157.
સામગ્રીના રાસાયણિક ગુણધર્મો ઉપરાંત, પ્રકાર III ઉપકરણની રચના સ્વ-સંચાલિત ગેસ સેન્સર બનાવવાની સંભાવના દર્શાવે છે, જે પ્રકાર I અને પ્રકાર II ઉપકરણો સાથે શક્ય નથી.તેમના અંતર્ગત ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ (BEF)ને કારણે, pn હેટરોજંકશન ડાયોડ સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણો બનાવવા માટે થાય છે અને 74,158,159,160,161 પ્રકાશ હેઠળ ઓરડાના તાપમાને સ્વ-સંચાલિત ફોટોઇલેક્ટ્રિક ગેસ સેન્સર બનાવવાની સંભાવના દર્શાવે છે.હેટરોઇન્ટરફેસ પર BEF, સામગ્રીના ફર્મી સ્તરોમાં તફાવતને કારણે, ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીને અલગ કરવામાં પણ ફાળો આપે છે.સ્વ-સંચાલિત ફોટોવોલ્ટેઇક ગેસ સેન્સરનો ફાયદો એ તેનો ઓછો વીજ વપરાશ છે કારણ કે તે પ્રકાશિત પ્રકાશની ઊર્જાને શોષી શકે છે અને પછી બાહ્ય શક્તિના સ્ત્રોતની જરૂરિયાત વિના પોતાને અથવા અન્ય લઘુચિત્ર ઉપકરણોને નિયંત્રિત કરી શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, તનુમા અને સુગિયામા162 એ SnO2-આધારિત પોલીક્રિસ્ટલાઇન CO2 સેન્સરને સક્રિય કરવા માટે NiO/ZnO pn હેટરોજંકશનને સૌર કોષો તરીકે બનાવ્યા છે.ગાડ એટ અલ.74 એ Si/ZnO@CdS pn હેટરોજંકશન પર આધારિત સ્વ-સંચાલિત ફોટોવોલ્ટેઇક ગેસ સેન્સરનો અહેવાલ આપ્યો, જેમ કે ફિગ. 10a માં બતાવ્યા પ્રમાણે.વર્ટિકલી ઓરિએન્ટેડ ZnO નેનોવાયર્સ સીધા જ પી-ટાઈપ સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર ઉગાડવામાં આવ્યા હતા જેથી Si/ZnO pn હેટરોજંકશન બનાવવામાં આવે.પછી CdS નેનોપાર્ટિકલ્સ ZnO નેનોવાઈર્સની સપાટી પર રાસાયણિક સપાટી ફેરફાર દ્વારા સંશોધિત કરવામાં આવ્યા હતા.અંજીર પર.10a O2 અને ઇથેનોલ માટે ઑફ-લાઇન Si/ZnO@CdS સેન્સર પ્રતિભાવ પરિણામો દર્શાવે છે.પ્રકાશ હેઠળ, Si/ZnO હેટરોઇન્ટરફેસ પર BEP દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીને અલગ થવાને કારણે ઓપન-સર્કિટ વોલ્ટેજ (Voc) કનેક્ટેડ ડાયોડની સંખ્યા 74,161 સાથે રેખીય રીતે વધે છે.Voc ને સમીકરણ દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે.(5) 156,
જ્યાં ND, NA, અને Ni અનુક્રમે દાતાઓ, સ્વીકારકો અને આંતરિક વાહકોની સાંદ્રતા છે, અને k, T, અને q એ અગાઉના સમીકરણની જેમ સમાન પરિમાણો છે.જ્યારે ઓક્સિડાઇઝિંગ વાયુઓના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તેઓ ZnO નેનોવાયર્સમાંથી ઇલેક્ટ્રોન કાઢે છે, જે \(N_D^{ZnO}\) અને Voc માં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.તેનાથી વિપરીત, ગેસના ઘટાડાથી Voc (ફિગ. 10a) માં વધારો થયો.જ્યારે ZnO ને CdS નેનોપાર્ટિકલ્સ વડે સજાવવામાં આવે છે, ત્યારે CdS નેનોપાર્ટિકલ્સમાં ફોટોએક્સાઈટેડ ઈલેક્ટ્રોન્સ ZnO ના વહન બેન્ડમાં ઈન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે અને શોષિત ગેસ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, જેનાથી ધારણા કાર્યક્ષમતા 74,160 વધે છે.Si/ZnO પર આધારિત સમાન સ્વ-સંચાલિત ફોટોવોલ્ટેઇક ગેસ સેન્સર હોફમેન એટ અલ દ્વારા નોંધવામાં આવ્યું હતું.160, 161 (ફિગ. 10b).આ સેન્સર કામના કાર્યને સમાયોજિત કરવા માટે એમાઇનો-ફંક્શનલાઇઝ્ડ ZnO નેનોપાર્ટિકલ્સ ([3-(2-એમિનોથિલામિનો)પ્રોપીલ]ટ્રાઇમેથોક્સિલેન) (એમિનો-ફંક્શનલાઇઝ્ડ-એસએએમ) અને થિયોલ (3-મર્કેપ્ટોપ્રોપીલ)-ફંક્શનલાઇઝ્ડ લાઇનનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરી શકાય છે. NO2 (ટ્રાઇમેથોક્સિલેન) (થિઓલ-ફંક્શનલાઇઝ્ડ-એસએએમ)) (ફિગ. 10b) 74,161 ની પસંદગીયુક્ત શોધ માટે લક્ષ્ય ગેસનું.
પ્રકાર III ઉપકરણની રચના પર આધારિત સ્વ-સંચાલિત ફોટોઇલેક્ટ્રિક ગેસ સેન્સર.Si/ZnO@CdS પર આધારિત સ્વ-સંચાલિત ફોટોવોલ્ટેઇક ગેસ સેન્સર, સૂર્યપ્રકાશ હેઠળ ઓક્સિડાઇઝ્ડ (O2) અને ઘટાડેલા (1000 પીપીએમ ઇથેનોલ) વાયુઓ માટે સ્વ-સંચાલિત સેન્સિંગ મિકેનિઝમ અને સેન્સર પ્રતિભાવ;74b સેલ્ફ-સંચાલિત ફોટોવોલ્ટેઇક ગેસ સેન્સર Si ZnO/ZnO સેન્સર પર આધારિત છે અને ZnO SAM ને ટર્મિનલ એમાઇન્સ અને થિઓલ્સ 161 સાથે ફંક્શનલાઇઝેશન પછી વિવિધ વાયુઓ માટે સેન્સર પ્રતિસાદ આપે છે.
તેથી, પ્રકાર III સેન્સર્સની સંવેદનશીલ પદ્ધતિની ચર્ચા કરતી વખતે, હેટરોજંકશન અવરોધની ઊંચાઈમાં ફેરફાર અને વાહકની સાંદ્રતાને પ્રભાવિત કરવા માટે ગેસની ક્ષમતા નક્કી કરવી મહત્વપૂર્ણ છે.વધુમાં, રોશનીથી ફોટોજનરેટેડ કેરિયર્સ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે જે વાયુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે સ્વ-સંચાલિત ગેસ શોધ માટે આશાસ્પદ છે.
આ સાહિત્ય સમીક્ષામાં ચર્ચા કર્યા મુજબ, સેન્સરના કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે ઘણાં વિવિધ એમઓએસ હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સનું નિર્માણ કરવામાં આવ્યું છે.વેબ ઓફ સાયન્સ ડેટાબેઝમાં વિવિધ કીવર્ડ્સ (મેટલ ઓક્સાઈડ કોમ્પોઝીટ્સ, કોર-શીથ મેટલ ઓક્સાઈડ્સ, લેયર્ડ મેટલ ઓક્સાઈડ્સ અને સેલ્ફ-સંચાલિત ગેસ વિશ્લેષકો) તેમજ વિશિષ્ટ લાક્ષણિકતાઓ (વિપુલતા, સંવેદનશીલતા/પસંદગી, પાવર જનરેશન સંભવિત, ઉત્પાદન) માટે શોધ કરવામાં આવી હતી. .પદ્ધતિ આ ત્રણમાંથી ત્રણ ઉપકરણોની લાક્ષણિકતાઓ કોષ્ટક 2 માં દર્શાવવામાં આવી છે. યામાઝો દ્વારા પ્રસ્તાવિત ત્રણ મુખ્ય પરિબળોનું વિશ્લેષણ કરીને ઉચ્ચ પ્રદર્શન ગેસ સેન્સર માટે એકંદર ડિઝાઇન ખ્યાલની ચર્ચા કરવામાં આવી છે.એમઓએસ હેટરોસ્ટ્રક્ચર સેન્સર્સ માટેની મિકેનિઝમ્સ ગેસ સેન્સરને પ્રભાવિત કરતા પરિબળોને સમજવા માટે, વિવિધ એમઓએસ પરિમાણો (દા.ત., અનાજનું કદ, ઓપરેટિંગ તાપમાન, ખામી અને ઓક્સિજન ખાલી જગ્યાની ઘનતા, ઓપન ક્રિસ્ટલ પ્લેન્સ) નો કાળજીપૂર્વક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે.ઉપકરણ માળખું, જે સેન્સરની સંવેદના વર્તણૂક માટે પણ મહત્વપૂર્ણ છે, તેની ઉપેક્ષા કરવામાં આવી છે અને ભાગ્યે જ ચર્ચા કરવામાં આવી છે.આ સમીક્ષા ત્રણ લાક્ષણિક પ્રકારના ઉપકરણ માળખાને શોધવા માટેની અંતર્ગત પદ્ધતિઓની ચર્ચા કરે છે.
પ્રકાર I સેન્સરમાં અનાજના કદનું માળખું, ઉત્પાદન પદ્ધતિ અને સેન્સિંગ સામગ્રીના હેટરોજંકશનની સંખ્યા સેન્સરની સંવેદનશીલતાને ઘણી અસર કરી શકે છે.વધુમાં, સેન્સરની વર્તણૂક ઘટકોના દાઢ ગુણોત્તરથી પણ પ્રભાવિત થાય છે.પ્રકાર II ઉપકરણ માળખાં (સુશોભિત હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ, બાયલેયર અથવા મલ્ટિલેયર ફિલ્મો, HSSN) એ સૌથી લોકપ્રિય ઉપકરણ માળખાં છે જેમાં બે અથવા વધુ ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે, અને માત્ર એક ઘટક ઇલેક્ટ્રોડ સાથે જોડાયેલ છે.આ ઉપકરણની રચના માટે, વહન ચેનલોનું સ્થાન અને તેમના સંબંધિત ફેરફારોનું નિર્ધારણ સમજણની પદ્ધતિનો અભ્યાસ કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.કારણ કે પ્રકાર II ઉપકરણોમાં ઘણાં વિવિધ અધિક્રમિક હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સનો સમાવેશ થાય છે, ઘણી અલગ સેન્સિંગ મિકેનિઝમ્સ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે.પ્રકાર III સંવેદનાત્મક માળખામાં, વહન ચેનલ હેટરોજંકશન પર રચાયેલ હેટરોજંકશન દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે, અને ધારણા પદ્ધતિ સંપૂર્ણપણે અલગ છે.તેથી, પ્રકાર III સેન્સર સાથે લક્ષ્ય ગેસના સંપર્કમાં આવ્યા પછી હેટરોજંકશન અવરોધની ઊંચાઈમાં ફેરફાર નક્કી કરવો મહત્વપૂર્ણ છે.આ ડિઝાઇન સાથે, પાવર વપરાશ ઘટાડવા માટે સ્વ-સંચાલિત ફોટોવોલ્ટેઇક ગેસ સેન્સર બનાવી શકાય છે.જો કે, વર્તમાન ફેબ્રિકેશન પ્રક્રિયા ખૂબ જ જટિલ હોવાથી અને પરંપરાગત MOS-આધારિત કીમો-રેઝિસ્ટિવ ગેસ સેન્સર્સ કરતાં સંવેદનશીલતા ઘણી ઓછી હોવાથી, સ્વ-સંચાલિત ગેસ સેન્સર્સના સંશોધનમાં હજુ પણ ઘણી પ્રગતિ છે.
અધિક્રમિક હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ સાથે ગેસ MOS સેન્સર્સના મુખ્ય ફાયદા ઝડપ અને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા છે.જો કે, MOS ગેસ સેન્સરની કેટલીક મુખ્ય સમસ્યાઓ (દા.ત., ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ તાપમાન, લાંબા ગાળાની સ્થિરતા, નબળી પસંદગી અને પુનઃઉત્પાદનક્ષમતા, ભેજની અસરો, વગેરે) હજુ પણ અસ્તિત્વમાં છે અને તેનો વ્યવહારિક એપ્લિકેશનમાં ઉપયોગ થાય તે પહેલાં તેને સંબોધિત કરવાની જરૂર છે.આધુનિક એમઓએસ ગેસ સેન્સર સામાન્ય રીતે ઊંચા તાપમાને કામ કરે છે અને ઘણી શક્તિનો વપરાશ કરે છે, જે સેન્સરની લાંબા ગાળાની સ્થિરતાને અસર કરે છે.આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે બે સામાન્ય અભિગમો છે: (1) ઓછી શક્તિવાળા સેન્સર ચિપ્સનો વિકાસ;(2) નવી સંવેદનશીલ સામગ્રીનો વિકાસ જે નીચા તાપમાને અથવા ઓરડાના તાપમાને પણ કાર્ય કરી શકે છે.લો-પાવર સેન્સર ચિપ્સના વિકાસ માટેનો એક અભિગમ એ છે કે સિરામિક્સ અને સિલિકોન 163 પર આધારિત માઇક્રોહીટિંગ પ્લેટો બનાવીને સેન્સરનું કદ ઓછું કરવું.સિરામિક આધારિત માઇક્રો હીટિંગ પ્લેટ્સ પ્રતિ સેન્સર આશરે 50-70 mV વાપરે છે, જ્યારે ઑપ્ટિમાઇઝ સિલિકોન આધારિત માઇક્રો હીટિંગ પ્લેટ 300 °C163,164 પર સતત કાર્ય કરતી વખતે સેન્સર દીઠ 2 mW જેટલી ઓછી વપરાશ કરી શકે છે.નવી સેન્સિંગ સામગ્રીનો વિકાસ એ ઓપરેટિંગ તાપમાન ઘટાડીને પાવર વપરાશ ઘટાડવાનો એક અસરકારક માર્ગ છે, અને તે સેન્સરની સ્થિરતામાં પણ સુધારો કરી શકે છે.જેમ જેમ સેન્સરની સંવેદનશીલતા વધારવા માટે એમઓએસનું કદ ઘટાડવાનું ચાલુ રહે છે, એમઓએસની થર્મલ સ્થિરતા વધુ એક પડકાર બની જાય છે, જે સેન્સર સિગ્નલ165માં ડ્રિફ્ટ તરફ દોરી શકે છે.વધુમાં, ઉચ્ચ તાપમાન હેટરોઇન્ટરફેસ પર સામગ્રીના પ્રસારને અને મિશ્રિત તબક્કાઓની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે, જે સેન્સરના ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મોને અસર કરે છે.સંશોધકો અહેવાલ આપે છે કે સેન્સરનું શ્રેષ્ઠ ઓપરેટિંગ તાપમાન યોગ્ય સેન્સિંગ સામગ્રી પસંદ કરીને અને MOS હેટેરોનોનસ્ટ્રક્ચર્સ વિકસાવીને ઘટાડી શકાય છે.ઉચ્ચ સ્ફટિકીય એમઓએસ હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવા માટે નીચા-તાપમાનની પદ્ધતિની શોધ એ સ્થિરતા સુધારવા માટેનો બીજો આશાસ્પદ અભિગમ છે.
MOS સેન્સર્સની પસંદગી એ અન્ય વ્યવહારુ મુદ્દો છે કારણ કે વિવિધ વાયુઓ લક્ષ્ય ગેસ સાથે એકસાથે રહે છે, જ્યારે MOS સેન્સર ઘણીવાર એક કરતાં વધુ ગેસ પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે અને ઘણીવાર ક્રોસ સેન્સિટિવિટી પ્રદર્શિત કરે છે.તેથી, સેન્સરની પસંદગીને લક્ષ્ય ગેસ તેમજ અન્ય વાયુઓ માટે વધારવી એ વ્યવહારિક ઉપયોગ માટે મહત્વપૂર્ણ છે.છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં, પસંદગીને આંશિક રીતે "ઇલેક્ટ્રોનિક નોઝ (ઇ-નોઝ)" તરીકે ઓળખાતા ગેસ સેન્સર્સના એરે બનાવીને સંબોધવામાં આવી છે, જેમ કે તાલીમ વેક્ટર ક્વોન્ટાઇઝેશન (LVQ), મુખ્ય ઘટક વિશ્લેષણ (PCA), વગેરે. e.જાતીય સમસ્યાઓ.આંશિક લઘુત્તમ ચોરસ (PLS), વગેરે. 31, 32, 33, 34. બે મુખ્ય પરિબળો (સેન્સર્સની સંખ્યા, જે સેન્સિંગ સામગ્રીના પ્રકાર સાથે નજીકથી સંબંધિત છે, અને કોમ્પ્યુટેશનલ વિશ્લેષણ) ઇલેક્ટ્રોનિક નાકની ક્ષમતાને સુધારવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે. વાયુઓને ઓળખવા માટે 169.જો કે, સેન્સરની સંખ્યામાં વધારો કરવા માટે સામાન્ય રીતે ઘણી જટિલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડે છે, તેથી ઇલેક્ટ્રોનિક નાકની કામગીરીને સુધારવા માટે એક સરળ પદ્ધતિ શોધવી મહત્વપૂર્ણ છે.વધુમાં, અન્ય સામગ્રીઓ સાથે એમઓએસમાં ફેરફાર કરવાથી પણ સેન્સરની પસંદગીમાં વધારો થઈ શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, NP Pd સાથે સંશોધિત MOS ની સારી ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિને કારણે H2 ની પસંદગીયુક્ત તપાસ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.તાજેતરના વર્ષોમાં, કેટલાક સંશોધકોએ 171,172 કદના બાકાત દ્વારા સેન્સરની પસંદગીને સુધારવા માટે MOS MOF સપાટીને કોટ કરી છે.આ કાર્યથી પ્રેરિત, સામગ્રી કાર્યક્ષમતા કોઈક રીતે પસંદગીની સમસ્યાને હલ કરી શકે છે.જો કે, યોગ્ય સામગ્રી પસંદ કરવા માટે હજી ઘણું કામ કરવાનું બાકી છે.
સમાન પરિસ્થિતિઓ અને પદ્ધતિઓ હેઠળ ઉત્પાદિત સેન્સરની લાક્ષણિકતાઓની પુનરાવર્તિતતા એ મોટા પાયે ઉત્પાદન અને વ્યવહારુ એપ્લિકેશન માટે બીજી મહત્વપૂર્ણ આવશ્યકતા છે.સામાન્ય રીતે, ઉચ્ચ થ્રુપુટ ગેસ સેન્સર બનાવવા માટે સેન્ટ્રીફ્યુગેશન અને ડૂબકી મારવાની પદ્ધતિઓ ઓછી કિંમતની પદ્ધતિઓ છે.જો કે, આ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન, સંવેદનશીલ સામગ્રી એકત્ર થવાનું વલણ ધરાવે છે અને સંવેદનશીલ સામગ્રી અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેનો સંબંધ નબળો બની જાય છે68, 138, 168. પરિણામે, સેન્સરની સંવેદનશીલતા અને સ્થિરતા નોંધપાત્ર રીતે બગડે છે, અને પ્રદર્શન પુનઃઉત્પાદનક્ષમ બને છે.અન્ય ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિઓ જેમ કે સ્પટરિંગ, એએલડી, પલ્સ્ડ લેસર ડિપોઝિશન (પીએલડી), અને ફિઝિકલ વેપર ડિપોઝિશન (પીવીડી) સીધી પેટર્નવાળી સિલિકોન અથવા એલ્યુમિના સબસ્ટ્રેટ પર બાયલેયર અથવા મલ્ટિલેયર એમઓએસ ફિલ્મોનું ઉત્પાદન કરવાની મંજૂરી આપે છે.આ તકનીકો સંવેદનશીલ સામગ્રીના નિર્માણને ટાળે છે, સેન્સરની પુનઃઉત્પાદનક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરે છે અને પ્લાનર થિન-ફિલ્મ સેન્સરના મોટા પાયે ઉત્પાદનની શક્યતા દર્શાવે છે.જો કે, આ ફ્લેટ ફિલ્મોની સંવેદનશીલતા સામાન્ય રીતે 3D નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ મટિરિયલ્સ કરતા ઘણી ઓછી હોય છે કારણ કે તેમના નાના ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને ઓછી ગેસ અભેદ્યતા 41,174 છે.સ્ટ્રક્ચર્ડ માઈક્રોએરે પર ચોક્કસ સ્થાનો પર MOS હેટેરોનોસ્ટ્રક્ચર્સ ઉગાડવા અને સંવેદનશીલ સામગ્રીના કદ, જાડાઈ અને મોર્ફોલોજીને ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરવા માટેની નવી વ્યૂહરચનાઓ ઉચ્ચ પ્રજનનક્ષમતા અને સંવેદનશીલતા સાથે વેફર-લેવલ સેન્સરના ઓછા ખર્ચે ફેબ્રિકેશન માટે મહત્વપૂર્ણ છે.ઉદાહરણ તરીકે, લિયુ એટ અલ.174 એ ચોક્કસ સ્થાનો પર સિટુ ની(OH)2 નેનોવોલ્સમાં વૃદ્ધિ કરીને ઉચ્ચ-થ્રુપુટ સ્ફટિકો બનાવવા માટે સંયુક્ત ટોપ-ડાઉન અને બોટમ-અપ વ્યૂહરચનાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો..માઇક્રોબર્નર્સ માટે વેફર્સ.
આ ઉપરાંત, પ્રાયોગિક એપ્લિકેશનમાં સેન્સર પર ભેજની અસરને ધ્યાનમાં લેવી પણ મહત્વપૂર્ણ છે.પાણીના અણુઓ સેન્સર સામગ્રીમાં શોષણના સ્થળો માટે ઓક્સિજનના અણુઓ સાથે સ્પર્ધા કરી શકે છે અને લક્ષ્ય ગેસ માટે સેન્સરની જવાબદારીને અસર કરી શકે છે.ઓક્સિજનની જેમ, પાણી ભૌતિક વિસર્જન દ્વારા પરમાણુ તરીકે કાર્ય કરે છે, અને કેમિસોર્પ્શન દ્વારા વિવિધ ઓક્સિડેશન સ્ટેશનો પર હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ અથવા હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોના સ્વરૂપમાં પણ અસ્તિત્વ ધરાવે છે.વધુમાં, પર્યાવરણના ઉચ્ચ સ્તર અને પરિવર્તનશીલ ભેજને કારણે, લક્ષ્ય ગેસ માટે સેન્સરનો વિશ્વસનીય પ્રતિસાદ એ એક મોટી સમસ્યા છે.આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે ઘણી વ્યૂહરચનાઓ વિકસાવવામાં આવી છે, જેમ કે ગેસ પ્રીકોન્સન્ટ્રેશન177, ભેજ વળતર અને ક્રોસ-રિએક્ટિવ જાળી પદ્ધતિઓ178, તેમજ સૂકવવાની પદ્ધતિઓ179,180.જો કે, આ પદ્ધતિઓ ખર્ચાળ, જટિલ છે અને સેન્સરની સંવેદનશીલતા ઘટાડે છે.ભેજની અસરોને દબાવવા માટે ઘણી સસ્તી વ્યૂહરચનાઓ સૂચવવામાં આવી છે.ઉદાહરણ તરીકે, Pd નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે SnO2 ને સુશોભિત કરવાથી એનોનિક કણોમાં શોષિત ઓક્સિજનના રૂપાંતરને પ્રોત્સાહન મળી શકે છે, જ્યારે NiO અને CuO જેવા પાણીના અણુઓ માટે ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવતી સામગ્રી સાથે SnO2 ને કાર્યાત્મક બનાવવું એ પાણીના અણુઓ પર ભેજની અવલંબનને રોકવાના બે રસ્તા છે..સેન્સર્સ 181, 182, 183. વધુમાં, હાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ 36,138,184,185 બનાવવા માટે હાઇડ્રોફોબિક સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને ભેજની અસર પણ ઘટાડી શકાય છે.જો કે, ભેજ-પ્રતિરોધક ગેસ સેન્સર્સનો વિકાસ હજુ પણ પ્રારંભિક તબક્કે છે, અને આ મુદ્દાઓને ઉકેલવા માટે વધુ અદ્યતન વ્યૂહરચનાઓ જરૂરી છે.
નિષ્કર્ષમાં, એમઓએસ હેટેરોનોનોસ્ટ્રક્ચર્સ બનાવીને તપાસ કામગીરીમાં સુધારા (દા.ત., સંવેદનશીલતા, પસંદગીની ક્ષમતા, નીચું શ્રેષ્ઠ ઓપરેટિંગ તાપમાન) હાંસલ કરવામાં આવ્યા છે, અને વિવિધ સુધારેલ શોધ પદ્ધતિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે.ચોક્કસ સેન્સરની સેન્સિંગ મિકેનિઝમનો અભ્યાસ કરતી વખતે, ઉપકરણની ભૌમિતિક રચનાને પણ ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છે.નવી સેન્સિંગ સામગ્રીમાં સંશોધન અને અદ્યતન ફેબ્રિકેશન વ્યૂહરચનાઓમાં સંશોધન ગેસ સેન્સર્સની કામગીરીમાં વધુ સુધારો કરવા અને ભવિષ્યમાં બાકી રહેલા પડકારોને સંબોધવા માટે જરૂરી રહેશે.સેન્સર લાક્ષણિકતાઓના નિયંત્રિત ટ્યુનિંગ માટે, સેન્સર સામગ્રીની કૃત્રિમ પદ્ધતિ અને હેટરોનોનસ્ટ્રક્ચર્સના કાર્ય વચ્ચે વ્યવસ્થિત રીતે સંબંધ બાંધવો જરૂરી છે.વધુમાં, આધુનિક પાત્રાલેખન પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને સપાટીની પ્રતિક્રિયાઓ અને હેટરોઇન્ટરફેસમાં ફેરફારોનો અભ્યાસ તેમની ધારણાની પદ્ધતિને સ્પષ્ટ કરવામાં મદદ કરી શકે છે અને હેટરોનોનસ્ટ્રક્ચર્ડ સામગ્રી પર આધારિત સેન્સરના વિકાસ માટે ભલામણો પ્રદાન કરી શકે છે.છેલ્લે, આધુનિક સેન્સર ફેબ્રિકેશન વ્યૂહરચનાઓનો અભ્યાસ તેમના ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનો માટે વેફર સ્તરે લઘુચિત્ર ગેસ સેન્સર્સના ફેબ્રિકેશનને મંજૂરી આપી શકે છે.
Genzel, NN એટ અલ.શહેરી વિસ્તારોમાં અસ્થમા ધરાવતા બાળકોમાં ઇન્ડોર નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડના સ્તર અને શ્વસન લક્ષણોનો રેખાંશ અભ્યાસ.પડોશી.આરોગ્ય પરિપ્રેક્ષ્ય.116, 1428–1432 (2008).