შიდა ნახშირბადის მონოქსიდი ნახშირორჟანგი მეთანის ქლორი და სხვა მრავალპარამეტრიანი გაზის დეტექტორის სიგნალიზაცია

მაღალი ხარისხის, პორტატული და მინიატურული გაზის სენსორების განვითარება სულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს გარემოს მონიტორინგის, უსაფრთხოების, სამედიცინო დიაგნოსტიკისა და სოფლის მეურნეობის სფეროებში.სხვადასხვა გამოვლენის ხელსაწყოებს შორის, ლითონის ოქსიდი-ნახევარგამტარული (MOS) ქიმიორეზისტენტული გაზის სენსორები ყველაზე პოპულარული არჩევანია კომერციული აპლიკაციებისთვის მათი მაღალი სტაბილურობის, დაბალი ღირებულებისა და მაღალი მგრძნობელობის გამო.სენსორის მუშაობის შემდგომი გაუმჯობესების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიდგომაა MOS-ის ნანომასალებიდან ნანოზომის MOS-ზე დაფუძნებული ჰეტეროკავშირების (ჰეტერო-ნანოსტრუქტურული MOS) შექმნა.თუმცა, ჰეტერონანოსტრუქტურირებული MOS სენსორის სენსორული მექანიზმი განსხვავდება ერთი MOS გაზის სენსორისგან, რადგან ის საკმაოდ რთულია.სენსორის მუშაობაზე გავლენას ახდენს სხვადასხვა პარამეტრები, მათ შორის მგრძნობიარე მასალის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები (როგორიცაა მარცვლების ზომა, დეფექტის სიმკვრივე და მასალის ჟანგბადის ადგილები), სამუშაო ტემპერატურა და მოწყობილობის სტრუქტურა.ეს მიმოხილვა წარმოგიდგენთ რამდენიმე კონცეფციას მაღალი ხარისხის გაზის სენსორების შესაქმნელად ჰეტეროგენული ნანოსტრუქტურული MOS სენსორების სენსორული მექანიზმის ანალიზით.გარდა ამისა, განხილულია მოწყობილობის გეომეტრიული სტრუქტურის გავლენა, რომელიც განისაზღვრება მგრძნობიარე მასალისა და სამუშაო ელექტროდის ურთიერთმიმართებით.სენსორის ქცევის სისტემატიურად შესასწავლად, ეს სტატია წარმოგიდგენთ და განიხილავს მოწყობილობების სამი ტიპიური გეომეტრიული სტრუქტურის აღქმის ზოგად მექანიზმს სხვადასხვა ჰეტერონასტრუქტურულ მასალებზე.ეს მიმოხილვა იქნება გზამკვლევი მომავალი მკითხველებისთვის, რომლებიც შეისწავლიან გაზის სენსორების მგრძნობიარე მექანიზმებს და შეიმუშავებენ მაღალი ხარისხის გაზის სენსორებს.
ჰაერის დაბინძურება არის სულ უფრო სერიოზული პრობლემა და სერიოზული გლობალური ეკოლოგიური პრობლემა, რომელიც საფრთხეს უქმნის ადამიანებისა და ცოცხალი არსებების კეთილდღეობას.აირისებრი დამაბინძურებლების ინჰალაციამ შეიძლება გამოიწვიოს მრავალი ჯანმრთელობის პრობლემა, როგორიცაა რესპირატორული დაავადება, ფილტვის კიბო, ლეიკემია და ნაადრევი სიკვდილიც კი1,2,3,4.2012 წლიდან 2016 წლამდე მილიონობით ადამიანი დაიღუპა ჰაერის დაბინძურების გამო და ყოველწლიურად მილიარდობით ადამიანი ექვემდებარებოდა ცუდი ჰაერის ხარისხს5.აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია პორტატული და მინიატურული გაზის სენსორების შემუშავება, რომლებსაც შეუძლიათ უზრუნველყონ რეალურ დროში უკუკავშირი და მაღალი გამოვლენის შესრულება (მაგ., მგრძნობელობა, სელექციურობა, სტაბილურობა და რეაგირებისა და აღდგენის დრო).გარემოსდაცვითი მონიტორინგის გარდა, გაზის სენსორები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ უსაფრთხოებაში6,7,8, სამედიცინო დიაგნოსტიკაში9,10, აკვაკულტურაში11 და სხვა სფეროებში12.
დღეისათვის დანერგილია რამდენიმე პორტატული გაზის სენსორი, რომელიც დაფუძნებულია სხვადასხვა სენსორულ მექანიზმებზე, როგორიცაა ოპტიკური13,14,15,16,17,18, ელექტროქიმიური19,20,21,22 და ქიმიური რეზისტენტული სენსორები23,24.მათ შორის, მეტალ-ოქსიდ-ნახევარგამტარული (MOS) ქიმიური რეზისტენტული სენსორები ყველაზე პოპულარულია კომერციულ პროგრამებში მათი მაღალი სტაბილურობისა და დაბალი ღირებულების გამო25,26.დამაბინძურებლების კონცენტრაცია შეიძლება განისაზღვროს უბრალოდ MOS-ის წინააღმდეგობის ცვლილების გამოვლენით.1960-იანი წლების დასაწყისში მოხსენებული იქნა პირველი ქიმიორეზისტენტული გაზის სენსორები, რომლებიც დაფუძნებულია ZnO თხელ ფენებზე, რამაც დიდი ინტერესი გამოიწვია გაზის გამოვლენის სფეროში27,28.დღეს, მრავალი განსხვავებული MOS გამოიყენება როგორც გაზის მგრძნობიარე მასალა, და ისინი შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად მათი ფიზიკური თვისებების მიხედვით: n-ტიპის MOS ელექტრონებით, როგორც ძირითადი მუხტის მატარებლები და p- ტიპის MOS ხვრელებით, როგორც მუხტის უმეტესი მატარებლები.დამუხტვის მატარებლები.ზოგადად, p ტიპის MOS ნაკლებად პოპულარულია, ვიდრე n ტიპის MOS, რადგან p ტიპის MOS-ის (Sp) ინდუქციური პასუხი პროპორციულია n ტიპის MOS-ის კვადრატული ფესვის (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) იგივე დაშვებით (მაგალითად, იგივე მორფოლოგიური აგებულება და ჰაერში ზოლების მოხვევის იგივე ცვლილება) 29,30.თუმცა, ერთბაზის MOS სენსორებს ჯერ კიდევ აქვთ ისეთი პრობლემები, როგორიცაა არასაკმარისი გამოვლენის ლიმიტი, დაბალი მგრძნობელობა და სელექციურობა პრაქტიკულ პროგრამებში.სელექციურობის საკითხები შეიძლება გარკვეულწილად გადაიჭრას სენსორების მასივების შექმნით (ე.წ. „ელექტრონული ცხვირი“) და გამოთვლითი ანალიზის ალგორითმების ჩართვით, როგორიცაა სასწავლო ვექტორის კვანტიზაცია (LVQ), ძირითადი კომპონენტის ანალიზი (PCA) და ნაწილობრივი უმცირესი კვადრატების (PLS) ანალიზი31. 32, 33, 34, 35. გარდა ამისა, დაბალგანზომილებიანი MOS32,36,37,38,39 წარმოება (მაგ. ერთგანზომილებიანი (1D), 0D და 2D ნანომასალები), ასევე სხვა ნანომასალების გამოყენება ( მაგ. MOS40,41,42, კეთილშობილი ლითონის ნანონაწილაკები (NPs))43,44, ნახშირბადის ნანომასალები45,46 და გამტარი პოლიმერები47,48) ნანომასშტაბიანი ჰეტეროკავშირების შესაქმნელად (ანუ ჰეტერონასტრუქტურული MOS) არის სხვა სასურველი მიდგომები ზემოთ აღნიშნული პრობლემების გადასაჭრელად.ტრადიციულ სქელ MOS ფილებთან შედარებით, დაბალგანზომილებიან MOS-ს მაღალი სპეციფიური ზედაპირის ფართობით შეუძლია უზრუნველყოს გაზის ადსორბციის უფრო აქტიური ადგილები და გააადვილოს გაზის დიფუზია36,37,49.გარდა ამისა, MOS-ზე დაფუძნებული ჰეტერონანოსტრუქტურების დიზაინს შეუძლია შემდგომი დაარეგულირებს გადამზიდის ტრანსპორტირებას ჰეტეროინტერფეისზე, რაც გამოიწვევს წინააღმდეგობის დიდ ცვლილებებს სხვადასხვა საოპერაციო ფუნქციების გამო50,51,52.გარდა ამისა, ზოგიერთმა ქიმიურმა ეფექტმა (მაგ., კატალიზური აქტივობა და სინერგიული ზედაპირული რეაქციები), რომელიც ხდება MOS ჰეტერონანოსტრუქტურების დიზაინში, ასევე შეუძლია გააუმჯობესოს სენსორის მოქმედება. სენსორის შესრულება, თანამედროვე ქიმიორეზისტენტული სენსორები, როგორც წესი, იყენებენ ცდას და შეცდომებს, რაც შრომატევადი და არაეფექტურია.აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია MOS-ზე დაფუძნებული გაზის სენსორების სენსორული მექანიზმის გაგება, რადგან მას შეუძლია უხელმძღვანელოს მაღალი ხარისხის მიმართულების სენსორების დიზაინს.
ბოლო წლების განმავლობაში, MOS გაზის სენსორები სწრაფად განვითარდა და გამოქვეყნდა რამდენიმე მოხსენება MOS ნანოსტრუქტურებზე55,56,57, ოთახის ტემპერატურის გაზის სენსორებზე58,59, სპეციალურ MOS სენსორების მასალებზე60,61,62 და სპეციალურ გაზის სენსორებზე63.მიმოხილვის ნაშრომი სხვა მიმოხილვებში ფოკუსირებულია გაზის სენსორების სენსორული მექანიზმის გარკვევაზე, რომელიც დაფუძნებულია MOS-ის შინაგან ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე, მათ შორის ჟანგბადის ვაკანსიების როლზე 64, ჰეტერონანოსტრუქტურების როლზე 55, 65 და ჰეტეროინტერფეისებზე მუხტის გადაცემას 66. გარდა ამისა. , მრავალი სხვა პარამეტრი გავლენას ახდენს სენსორის მუშაობაზე, მათ შორის ჰეტეროსტრუქტურაზე, მარცვლის ზომაზე, სამუშაო ტემპერატურაზე, დეფექტის სიმკვრივეზე, ჟანგბადის ვაკანსიებზე და მგრძნობიარე მასალის ღია კრისტალურ სიბრტყეებზეც კი25,67,68,69,70,71.72, 73. თუმცა, მოწყობილობის (იშვიათად ნახსენები) გეომეტრიული სტრუქტურა, რომელიც განისაზღვრება სენსორული მასალისა და სამუშაო ელექტროდის ურთიერთმიმართებით, ასევე მნიშვნელოვნად მოქმედებს სენსორის 74,75,76 მგრძნობელობაზე (დაწვრილებით იხილეთ განყოფილება 3) .მაგალითად, კუმარი და სხვ.77 მოხსენებული იყო ორი გაზის სენსორი, რომელიც ეფუძნება ერთსა და იმავე მასალას (მაგ., ორფენიანი გაზის სენსორები TiO2@NiO და NiO@TiO2-ზე დაფუძნებული) და დაფიქსირდა სხვადასხვა ცვლილებები NH3 აირის წინააღმდეგობაში მოწყობილობის სხვადასხვა გეომეტრიის გამო.ამიტომ, გაზის მგრძნობელობის მექანიზმის გაანალიზებისას მნიშვნელოვანია მოწყობილობის სტრუქტურის გათვალისწინება.ამ მიმოხილვაში, ავტორები ყურადღებას ამახვილებენ MOS-ზე დაფუძნებულ გამოვლენის მექანიზმებზე სხვადასხვა ჰეტეროგენული ნანოსტრუქტურებისა და მოწყობილობის სტრუქტურებისთვის.ჩვენ გვჯერა, რომ ეს მიმოხილვა შეიძლება გახდეს გზამკვლევი მკითხველებისთვის, რომელთაც სურთ გაიგონ და გააანალიზონ გაზის გამოვლენის მექანიზმები და შეიძლება ხელი შეუწყოს მომავალი მაღალი ხარისხის გაზის სენსორების განვითარებას.
ნახ.1a გვიჩვენებს გაზის სენსორული მექანიზმის ძირითად მოდელს, რომელიც დაფუძნებულია ერთ MOS-ზე.ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ჟანგბადის (O2) მოლეკულების ადსორბცია MOS ზედაპირზე მიიზიდავს ელექტრონებს MOS-დან და წარმოქმნის ანიონურ სახეობებს (როგორიცაა O2- და O-).შემდეგ, ელექტრონის დაშლის ფენა (EDL) n-ტიპის MOS-ისთვის ან ხვრელის დაგროვების ფენა (HAL) p-ტიპის MOS-ისთვის, შემდეგ იქმნება MOS 15, 23, 78-ის ზედაპირზე. ურთიერთქმედება O2-სა და MOS იწვევს ზედაპირის MOS გამტარობის ზოლის ზევით დახრას და პოტენციურ ბარიერს.შემდგომში, როდესაც სენსორი ექვემდებარება სამიზნე აირს, MOS-ის ზედაპირზე ადსორბირებული გაზი რეაგირებს იონურ ჟანგბადის სახეობებთან, ან იზიდავს ელექტრონებს (დაჟანგვის გაზი) ან აძლევს ელექტრონებს (ამცირებს გაზს).ელექტრონის გადაცემას სამიზნე გაზსა და MOS-ს შორის შეუძლია შეცვალოს EDL ან HAL30,81 სიგანე, რაც გამოიწვევს MOS სენსორის საერთო წინააღმდეგობის ცვლილებას.მაგალითად, შემცირების გაზისთვის, ელექტრონები გადაიცემა შემცირებული გაზიდან n-ტიპის MOS-ზე, რაც გამოიწვევს დაბალ EDL-ს და უფრო დაბალ წინააღმდეგობას, რომელსაც მოიხსენიებენ როგორც n-ტიპის სენსორის ქცევას.ამის საპირისპიროდ, როდესაც p-ტიპის MOS ექვემდებარება შემცირებულ გაზს, რომელიც განსაზღვრავს p-ტიპის მგრძნობელობის ქცევას, HAL მცირდება და წინააღმდეგობა იზრდება ელექტრონის დონაციის გამო.ჟანგვის აირებისთვის სენსორის რეაქცია საპირისპიროა აირების შემცირების მიმართ.
ძირითადი გამოვლენის მექანიზმები n-ტიპის და p-ტიპის MOS-ის შემცირებისა და ჟანგვის აირებისათვის b ძირითადი ფაქტორები და ფიზიკურ-ქიმიური ან მატერიალური თვისებები, რომლებიც მონაწილეობენ ნახევარგამტარული გაზის სენსორებში 89
ძირითადი გამოვლენის მექანიზმის გარდა, პრაქტიკულ გაზის სენსორებში გამოყენებული გაზის გამოვლენის მექანიზმები საკმაოდ რთულია.მაგალითად, გაზის სენსორის ფაქტობრივი გამოყენება უნდა აკმაყოფილებდეს ბევრ მოთხოვნას (როგორიცაა მგრძნობელობა, სელექციურობა და სტაბილურობა) მომხმარებლის საჭიროებიდან გამომდინარე.ეს მოთხოვნები მჭიდრო კავშირშია მგრძნობიარე მასალის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებთან.მაგალითად, Xu et al.71-მა აჩვენა, რომ SnO2-ზე დაფუძნებული სენსორები აღწევენ უმაღლეს მგრძნობელობას, როდესაც ბროლის დიამეტრი (d) უდრის ან ორჯერ ნაკლები SnO271-ის Debye სიგრძეზე (λD).როდესაც d ≤ 2λD, SnO2 მთლიანად ამოიწურება O2 მოლეკულების ადსორბციის შემდეგ და სენსორის რეაქცია აღმდგენი გაზზე მაქსიმალურია.გარდა ამისა, სხვადასხვა სხვა პარამეტრებმა შეიძლება გავლენა მოახდინონ სენსორის მუშაობაზე, მათ შორის ოპერაციულ ტემპერატურაზე, ბროლის დეფექტებზე და სენსორული მასალის კრისტალურ სიბრტყეებზეც კი.კერძოდ, ოპერაციული ტემპერატურის გავლენა აიხსნება შესაძლო კონკურენციით სამიზნე აირის ადსორბციისა და დეზორბციის სიჩქარეებს შორის, აგრეთვე ადსორბირებული აირის მოლეკულებსა და ჟანგბადის ნაწილაკებს შორის ზედაპირული რეაქტიულობით4,82.კრისტალური დეფექტების ეფექტი მტკიცედ არის დაკავშირებული ჟანგბადის ვაკანსიების შემცველობასთან [83, 84].სენსორის მუშაობაზე ასევე შეიძლება გავლენა იქონიოს ღია ბროლის სახეების სხვადასხვა რეაქტიულობით67,85,86,87.დაბალი სიმკვრივის ღია კრისტალური სიბრტყეები ავლენს მეტ არაკოორდინირებულ მეტალის კატიონებს უფრო მაღალი ენერგიით, რაც ხელს უწყობს ზედაპირის ადსორბციას და რეაქტიულობას88.ცხრილში 1 ჩამოთვლილია რამდენიმე ძირითადი ფაქტორი და მათთან დაკავშირებული გაუმჯობესებული აღქმის მექანიზმები.ამიტომ, ამ მასალის პარამეტრების რეგულირებით, გამოვლენის შესრულება შეიძლება გაუმჯობესდეს და მნიშვნელოვანია განისაზღვროს ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ სენსორის მუშაობაზე.
Yamazoe89-მა და Shimanoe-მ და სხვებმა.68,71 ჩაატარეს მრავალი კვლევა სენსორის აღქმის თეორიულ მექანიზმზე და შემოგვთავაზეს სამი დამოუკიდებელი საკვანძო ფაქტორი, რომლებიც გავლენას ახდენენ სენსორის მუშაობაზე, კონკრეტულად რეცეპტორის ფუნქციაზე, გადამცემის ფუნქციაზე და სარგებლიანობაზე (ნახ. 1b)..რეცეპტორის ფუნქცია ეხება MOS ზედაპირის უნარს, ურთიერთქმედდეს გაზის მოლეკულებთან.ეს ფუნქცია მჭიდროდ არის დაკავშირებული MOS-ის ქიმიურ თვისებებთან და შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს უცხოური მიმღებების შემოღებით (მაგალითად, ლითონის NP-ები და სხვა MOS).გადამყვანის ფუნქცია ეხება გაზსა და MOS ზედაპირს შორის რეაქციის გადაქცევის შესაძლებლობას ელექტრულ სიგნალად, სადაც დომინირებს MOS-ის მარცვლის საზღვრები.ამრიგად, სენსორულ ფუნქციაზე მნიშვნელოვნად მოქმედებს MOC ნაწილაკების ზომა და უცხო რეცეპტორების სიმკვრივე.Katoch et al.90 იტყობინება, რომ ZnO-SnO2 ნანოფიბრილების მარცვლის ზომის შემცირებამ გამოიწვია მრავალი ჰეტეროჯუნჯის ფორმირება და სენსორის მგრძნობელობის გაზრდა, რაც შეესაბამება გადამყვანის ფუნქციონირებას.Wang et al.91-მა შეადარა Zn2GeO4-ის სხვადასხვა მარცვლების ზომა და აჩვენა სენსორის მგრძნობელობის 6.5-ჯერ ზრდა მარცვლეულის საზღვრების შემოღების შემდეგ.კომუნალური არის კიდევ ერთი ძირითადი სენსორის მუშაობის ფაქტორი, რომელიც აღწერს გაზის ხელმისაწვდომობას შიდა MOS სტრუქტურაში.თუ გაზის მოლეკულები ვერ შეაღწევენ და ვერ რეაგირებენ შიდა MOS-თან, სენსორის მგრძნობელობა შემცირდება.სარგებლობა მჭიდრო კავშირშია კონკრეტული გაზის დიფუზიის სიღრმესთან, რაც დამოკიდებულია მგრძნობიარე მასალის ფორების ზომაზე.საკაი და სხვ.92-მა მოახდინა სენსორის მგრძნობელობის მოდელირება გრიპის აირების მიმართ და დაადგინა, რომ როგორც გაზის მოლეკულური წონა, ასევე სენსორის მემბრანის ფორების რადიუსი გავლენას ახდენს სენსორის მგრძნობელობაზე გაზის დიფუზიის სხვადასხვა სიღრმეზე სენსორის მემბრანაში.ზემოთ მოყვანილი დისკუსია აჩვენებს, რომ მაღალი ხარისხის გაზის სენსორების შემუშავება შესაძლებელია რეცეპტორის ფუნქციის, გადამყვანის ფუნქციის და სარგებლობის დაბალანსებითა და ოპტიმიზაციის გზით.
ზემოხსენებული ნაშრომი განმარტავს ერთი MOS-ის აღქმის ძირითად მექანიზმს და განიხილავს რამდენიმე ფაქტორს, რომლებიც გავლენას ახდენენ MOS-ის მუშაობაზე.ამ ფაქტორების გარდა, ჰეტეროსტრუქტურებზე დაფუძნებულ გაზის სენსორებს შეუძლიათ კიდევ უფრო გააუმჯობესონ სენსორის მოქმედება სენსორისა და რეცეპტორის ფუნქციების მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებით.გარდა ამისა, ჰეტერონანოსტრუქტურებს შეუძლიათ კიდევ უფრო გააუმჯობესონ სენსორის მოქმედება კატალიზური რეაქციების გაძლიერებით, მუხტის გადაცემის რეგულირებით და მეტი ადსორბციის ადგილების შექმნით.დღეისათვის, მრავალი გაზის სენსორი, რომელიც დაფუძნებულია MOS ჰეტერონანოსტრუქტურებზე, შესწავლილია გაძლიერებული სენსორული მექანიზმების განსახილველად95,96,97.მილერი და სხვ.55 შეაჯამა რამდენიმე მექანიზმი, რომლებიც, სავარაუდოდ, გააუმჯობესებენ ჰეტერონანოსტრუქტურების მგრძნობელობას, მათ შორის ზედაპირზე დამოკიდებული, ინტერფეისზე დამოკიდებული და სტრუქტურაზე დამოკიდებული.მათ შორის, ინტერფეისზე დამოკიდებული გამაძლიერებელი მექანიზმი ძალიან რთულია ყველა ინტერფეისის ურთიერთქმედების ერთ თეორიაში დასაფარად, რადგან შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა სენსორები, რომლებიც დაფუძნებულია ჰეტერონანოსტრუქტურულ მასალებზე (მაგალითად, nn-ჰეტეროკავშირი, pn-ჰეტეროკავშირი, pp-ჰეტეროკავშირი და ა.შ.) .შოტკის კვანძი).როგორც წესი, MOS-ზე დაფუძნებული ჰეტერონანოსტრუქტურირებული სენსორები ყოველთვის მოიცავს ორ ან მეტ მოწინავე სენსორულ მექანიზმს98,99,100.ამ გამაძლიერებელი მექანიზმების სინერგიულ ეფექტს შეუძლია გააძლიეროს სენსორის სიგნალების მიღება და დამუშავება.ამრიგად, ჰეტეროგენულ ნანოსტრუქტურულ მასალებზე დაფუძნებული სენსორების აღქმის მექანიზმის გაგება გადამწყვეტია, რათა დავეხმაროთ მკვლევარებს ქვემოდან ზევით გაზის სენსორების შემუშავებაში მათი საჭიროებების შესაბამისად.გარდა ამისა, მოწყობილობის გეომეტრიულ სტრუქტურას ასევე შეუძლია მნიშვნელოვნად იმოქმედოს სენსორის 74, 75, 76 მგრძნობელობაზე. სენსორის ქცევის სისტემატური ანალიზის მიზნით, წარმოდგენილი იქნება სამი მოწყობილობის სტრუქტურის სენსორული მექანიზმები, რომლებიც დაფუძნებულია სხვადასხვა ჰეტერონანოსტრუქტურულ მასალებზე. და განიხილება ქვემოთ.
MOS-ზე დაფუძნებული გაზის სენსორების სწრაფი განვითარებით, შემოთავაზებულია სხვადასხვა ჰეტერო-ნანოსტრუქტურული MOS.ჰეტეროინტერფეისზე დატენვის გადაცემა დამოკიდებულია კომპონენტების ფერმის სხვადასხვა დონეებზე (Ef).ჰეტეროინტერფეისზე ელექტრონები გადადიან ერთი მხრიდან უფრო დიდი Ef-ით მეორე მხარეს უფრო პატარა Ef-ით, სანამ მათი ფერმის დონეები წონასწორობას არ მიაღწევს, ხვრელები კი პირიქით.შემდეგ ჰეტეროინტერფეისის მატარებლები ამოწურულია და ქმნიან ამოწურულ ფენას.მას შემდეგ რაც სენსორი ექვემდებარება სამიზნე გაზს, ჰეტერონანოსტრუქტურირებული MOS მატარებლის კონცენტრაცია იცვლება, ისევე როგორც ბარიერის სიმაღლე, რითაც აძლიერებს გამოვლენის სიგნალს.გარდა ამისა, ჰეტერონანოსტრუქტურების დამზადების სხვადასხვა მეთოდი იწვევს მასალებსა და ელექტროდებს შორის განსხვავებულ ურთიერთობას, რაც იწვევს მოწყობილობის სხვადასხვა გეომეტრიას და განსხვავებულ სენსორულ მექანიზმს.ამ მიმოხილვაში, ჩვენ ვთავაზობთ სამ გეომეტრიულ მოწყობილობას და განვიხილავთ თითოეული სტრუქტურის სენსორულ მექანიზმს.
მიუხედავად იმისა, რომ ჰეტეროკავშირები ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ გაზის გამოვლენის მუშაობაში, მთელი სენსორის მოწყობილობის გეომეტრია ასევე შეიძლება მნიშვნელოვნად იმოქმედოს გამოვლენის ქცევაზე, რადგან სენსორის გამტარობის არხის მდებარეობა დიდად არის დამოკიდებული მოწყობილობის გეომეტრიაზე.აქ განხილულია ჰეტეროკავშირული MOS მოწყობილობების სამი ტიპიური გეომეტრია, როგორც ნაჩვენებია 2-ში. პირველ ტიპში, ორი MOS კავშირი შემთხვევით ნაწილდება ორ ელექტროდს შორის და გამტარ არხის მდებარეობა განისაზღვრება მთავარი MOS-ით, მეორე არის სხვადასხვა MOS-დან ჰეტეროგენული ნანოსტრუქტურების ფორმირება, მაშინ როცა ელექტროდს მხოლოდ ერთი MOS უკავშირდება.ელექტროდი უკავშირდება, შემდეგ გამტარი არხი ჩვეულებრივ მდებარეობს MOS-ის შიგნით და პირდაპირ უკავშირდება ელექტროდს.მესამე ტიპში, ორი მასალა მიმაგრებულია ორ ელექტროდზე ცალ-ცალკე, რომლებიც ხელმძღვანელობენ მოწყობილობას ორ მასალას შორის წარმოქმნილი ჰეტეროკავშირის მეშვეობით.
დეფისი ნაერთებს შორის (მაგ. „SnO2-NiO“) მიუთითებს, რომ ორი კომპონენტი უბრალოდ შერეულია (ტიპი I)."@" ნიშანი ორ კავშირს შორის (მაგ. "SnO2@NiO") მიუთითებს, რომ ხარაჩოების მასალა (NiO) გაფორმებულია SnO2-ით II ტიპის სენსორის სტრუქტურისთვის.ხაზი (მაგ. „NiO/SnO2“) მიუთითებს III ტიპის სენსორის დიზაინზე.
MOS კომპოზიტებზე დაფუძნებული გაზის სენსორებისთვის, ორი MOS ელემენტი შემთხვევით ნაწილდება ელექტროდებს შორის.დამუშავების მრავალი მეთოდი შემუშავებულია MOS კომპოზიტების მოსამზადებლად, მათ შორის სოლ-გელი, თანაპრეციპიტაცია, ჰიდროთერმული, ელექტროსპინინგი და მექანიკური შერევის მეთოდები98,102,103,104.ცოტა ხნის წინ, ლითონის ორგანული ჩარჩოები (MOFs), ფოროვანი კრისტალური სტრუქტურირებული მასალების კლასი, რომელიც შედგება ლითონის ცენტრებისა და ორგანული დამაკავშირებლებისგან, გამოიყენებოდა როგორც შაბლონები ფოროვანი MOS კომპოზიტების დასამზადებლად105,106,107,108.აღსანიშნავია, რომ მიუხედავად იმისა, რომ MOS კომპოზიტების პროცენტული მაჩვენებელი იგივეა, მგრძნობელობის მახასიათებლები შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს სხვადასხვა წარმოების პროცესის გამოყენებისას.109,110 მაგალითად, გაომ და სხვებმა. (Mo:Sn = 1:1.9) და აღმოაჩინა, რომ დამზადების სხვადასხვა მეთოდი იწვევს სხვადასხვა სენსიტიურობას.შაპოშნიკი და სხვ.110 იტყობინება, რომ თანანალექი SnO2-TiO2-ის რეაქცია აირისებრ H2-ზე განსხვავდებოდა მექანიკურად შერეული მასალებისგან, თუნდაც იგივე Sn/Ti თანაფარდობით.ეს განსხვავება წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ურთიერთობა MOP და MOP კრისტალიტის ზომას შორის განსხვავდება სინთეზის სხვადასხვა მეთოდებთან ერთად109,110.როდესაც მარცვლის ზომა და ფორმა შეესაბამება დონორის სიმკვრივისა და ნახევარგამტარის ტიპის მიხედვით, პასუხი უნდა დარჩეს იგივე, თუ კონტაქტის გეომეტრია არ იცვლება 110 .სტაერცი და სხვ.111 იტყობინება, რომ SnO2-Cr2O3 ბირთვის გარსის (CSN) ნანობოჭკოების და დაფქული SnO2-Cr2O3 CSN-ების გამოვლენის მახასიათებლები თითქმის იდენტური იყო, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ნანობოჭკოვანი მორფოლოგია არ იძლევა რაიმე უპირატესობას.
დამზადების სხვადასხვა მეთოდების გარდა, ორი განსხვავებული MOSFET-ის ნახევარგამტარული ტიპები ასევე გავლენას ახდენს სენსორის მგრძნობელობაზე.ის შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად იმის მიხედვით, არის თუ არა ორი MOSFET ერთი ტიპის ნახევარგამტარი (nn ან pp შეერთება) თუ სხვადასხვა ტიპის (pn შეერთება).როდესაც გაზის სენსორები დაფუძნებულია იმავე ტიპის MOS კომპოზიტებზე, ორი MOS-ის მოლური თანაფარდობის შეცვლით, მგრძნობელობის რეაქციის მახასიათებელი უცვლელი რჩება და სენსორის მგრძნობელობა იცვლება nn- ან pp- ჰეტეროჯუნტების რაოდენობის მიხედვით.როდესაც კომპოზიტში ჭარბობს ერთი კომპონენტი (მაგ. 0.9 ZnO-0.1 SnO2 ან 0.1 ZnO-0.9 SnO2), გამტარობის არხი განისაზღვრება დომინანტური MOS-ით, რომელსაც ეწოდება ჰომოკავშირის გამტარობის არხი 92.როდესაც ორი კომპონენტის თანაფარდობა შედარებადია, ვარაუდობენ, რომ გამტარ არხში დომინირებს ჰეტეროკავშირი98,102.იამაზოე და სხვ.112,113 იტყობინება, რომ ორი კომპონენტის ჰეტეროკონტაქტურ რეგიონს შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს სენსორის მგრძნობელობა, რადგან კომპონენტების სხვადასხვა საოპერაციო ფუნქციების გამო წარმოქმნილ ჰეტეროკავშირის ბარიერს შეუძლია ეფექტურად აკონტროლოს ელექტრონების ზემოქმედების სენსორის დრიფტის მოძრაობა.სხვადასხვა გარემო გაზები 112,113.ნახ.სურათი 3a გვიჩვენებს, რომ სენსორებს, რომლებიც დაფუძნებულია SnO2-ZnO ბოჭკოვანი იერარქიულ სტრუქტურებზე, ZnO-ს სხვადასხვა შემცველობით (0-დან 10 მოლ% Zn-მდე) შეუძლიათ შერჩევითად აღმოაჩინონ ეთანოლი.მათ შორის, სენსორმა, რომელიც დაფუძნებულია SnO2-ZnO ბოჭკოებზე (7 მოლ.% Zn) აჩვენა ყველაზე მაღალი მგრძნობელობა დიდი რაოდენობით ჰეტეროკავშირების წარმოქმნის და სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის ზრდის გამო, რამაც გაზარდა კონვერტორის ფუნქცია და გააუმჯობესა. მგრძნობელობა 90 თუმცა, ZnO-ს შემცველობის შემდგომი ზრდით 10 მოლ.%-მდე, მიკროსტრუქტურის SnO2-ZnO კომპოზიტს შეუძლია ზედაპირის აქტივაციის არეების შეფუთვა და სენსორის მგრძნობელობის შემცირება85.მსგავსი ტენდენცია შეიმჩნევა აგრეთვე სენსორებზე, რომლებიც დაფუძნებულია NiO-NiFe2O4 pp ჰეტეროკავშირის კომპოზიტებზე სხვადასხვა Fe/Ni შეფარდებით (ნახ. 3b)114.
SnO2-ZnO ბოჭკოების SEM გამოსახულებები (7 mol.% Zn) და სენსორის პასუხი სხვადასხვა აირებზე კონცენტრაციით 100 ppm 260 °C-ზე;54b სუფთა NiO და NiO-NiFe2O4 კომპოზიტებზე დაფუძნებული სენსორების პასუხები სხვადასხვა გაზების 50 ppm-ზე, 260 °C;114 (გ) xSnO2-(1-x)Co3O4 შემადგენლობის კვანძების რაოდენობის სქემატური დიაგრამა და xSnO2-(1-x)Co3O4 შემადგენლობის შესაბამისი რეზისტენტობისა და მგრძნობელობის რეაქციები 10 ppm CO, აცეტონი, C6H6 და SO2-ზე. გაზი 350 °C-ზე Sn/Co 98-ის მოლური თანაფარდობის შეცვლით
pn-MOS კომპოზიტები აჩვენებენ განსხვავებულ სენსიტიურ ქცევას MOS115-ის ატომური თანაფარდობიდან გამომდინარე.ზოგადად, MOS კომპოზიტების სენსორული ქცევა დიდად არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რომელი MOS მოქმედებს როგორც სენსორის პირველადი გამტარობის არხი.ამიტომ ძალიან მნიშვნელოვანია კომპოზიტების პროცენტული შემადგენლობისა და ნანოსტრუქტურის დახასიათება.Kim et al.98-მა დაადასტურეს ეს დასკვნა xSnO2 ± (1-x)Co3O4 კომპოზიტური ნანობოჭკოების სერიის სინთეზირებით ელექტროსპინინგით და მათი სენსორული თვისებების შესწავლით.მათ დააკვირდნენ, რომ SnO2-Co3O4 კომპოზიტური სენსორის ქცევა n-ტიპიდან p-ტიპზე გადავიდა SnO2-ის პროცენტის შემცირებით (ნახ. 3c)98.გარდა ამისა, ჰეტეროკავშირში დომინირებულმა სენსორებმა (0.5 SnO2-0.5 Co3O4-ზე დაფუძნებული) აჩვენეს C6H6-ის გადაცემის ყველაზე მაღალი სიჩქარე ჰომოკავშირის დომინანტურ სენსორებთან შედარებით (მაგ. მაღალი SnO2 ან Co3O4 სენსორები).0.5 SnO2-0.5 Co3O4-ზე დაფუძნებული სენსორის თანდაყოლილი მაღალი წინააღმდეგობა და სენსორის საერთო წინააღმდეგობის მოდულაციის უფრო დიდი უნარი ხელს უწყობს მის უმაღლეს მგრძნობელობას C6H6-ის მიმართ.გარდა ამისა, გისოსების შეუსაბამობის დეფექტებს, რომლებიც წარმოიქმნება SnO2-Co3O4 ჰეტეროინტერფეისებიდან, შეუძლია შექმნას შეღავათიანი ადსორბციული ადგილები გაზის მოლეკულებისთვის, რითაც გააძლიერებს სენსორის პასუხს109,116.
ნახევარგამტარული ტიპის MOS-ის გარდა, MOS კომპოზიტების შეხების ქცევა ასევე შეიძლება მორგებული იყოს MOS-117-ის ქიმიის გამოყენებით.Huo et al.117-მა გამოიყენა მარტივი გაჟღენთილი მეთოდი Co3O4-SnO2 კომპოზიტების მოსამზადებლად და დაადგინა, რომ Co/Sn მოლარული თანაფარდობით 10%, სენსორმა აჩვენა p-ტიპის გამოვლენის პასუხი H2-ზე და n-ტიპის მგრძნობელობა. H2.პასუხი.სენსორის პასუხები CO, H2S და NH3 აირებზე ნაჩვენებია სურათზე 4a117.დაბალი Co/Sn თანაფარდობით, ბევრი ჰომოკავშირი იქმნება SnO2±SnO2 ნანომარცვლის საზღვრებზე და ავლენს n-ტიპის სენსორის პასუხებს H2-ზე (ნახ. 4b,c)115.Co/Sn თანაფარდობის ზრდით 10 მოლამდე.% SnO2-SnO2 ჰომოკავშირების ნაცვლად ერთდროულად წარმოიქმნა მრავალი Co3O4-SnO2 ჰეტეროჯუნქცია (ნახ. 4d).ვინაიდან Co3O4 არააქტიურია H2-თან მიმართებაში და SnO2 ძლიერად რეაგირებს H2-თან, H2-ის რეაქცია იონურ ჟანგბადის სახეობებთან ძირითადად ხდება SnO2117 ზედაპირზე.ამრიგად, ელექტრონები გადადიან SnO2-ზე და Ef SnO2 გადადის გამტარობის ზოლში, ხოლო Ef Co3O4 უცვლელი რჩება.შედეგად, სენსორის წინააღმდეგობა იზრდება, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მასალები მაღალი Co/Sn თანაფარდობით ავლენენ p-ტიპის სენსორულ ქცევას (ნახ. 4e).ამის საპირისპიროდ, CO, H2S და NH3 აირები რეაგირებენ იონურ ჟანგბადის სახეობებთან SnO2 და Co3O4 ზედაპირებზე და ელექტრონები გადადიან გაზიდან სენსორზე, რის შედეგადაც მცირდება ბარიერის სიმაღლე და n-ტიპის მგრძნობელობა (ნახ. 4f)..სენსორის ეს განსხვავებული ქცევა განპირობებულია Co3O4-ის განსხვავებული რეაქტიულობით სხვადასხვა გაზებთან, რაც შემდგომში დადასტურდა Yin et al.118 .ანალოგიურად, Katoch et al.119-მა აჩვენა, რომ SnO2-ZnO კომპოზიტებს აქვთ კარგი სელექციურობა და მაღალი მგრძნობელობა H2-ის მიმართ.ეს ქცევა ხდება იმის გამო, რომ H ატომები ადვილად შეიწოვება ZnO-ს O პოზიციებზე H-ის s-ორბიტალსა და O-ს p-ორბიტალს შორის ძლიერი ჰიბრიდიზაციის გამო, რაც იწვევს ZnO120,121-ის მეტალიზებას.
a Co/Sn-10% დინამიური წინააღმდეგობის მრუდები ტიპიური აღმდგენი აირებისთვის, როგორიცაა H2, CO, NH3 და H2S, b, c Co3O4/SnO2 კომპოზიციური ზონდირების მექანიზმის დიაგრამა H2-სთვის დაბალ % m-ზე.Co/Sn, df Co3O4 H2 და CO, H2S და NH3 მექანიზმის გამოვლენა მაღალი Co/Sn/SnO2 კომპოზიტით
აქედან გამომდინარე, ჩვენ შეგვიძლია გავაუმჯობესოთ I-ტიპის სენსორის მგრძნობელობა შესაბამისი დამზადების მეთოდების არჩევით, კომპოზიტების მარცვლის ზომის შემცირებით და MOS კომპოზიტების მოლური თანაფარდობის ოპტიმიზაციის გზით.გარდა ამისა, მგრძნობიარე მასალის ქიმიის ღრმა გაგებამ შეიძლება კიდევ უფრო გააძლიეროს სენსორის სელექციურობა.
II ტიპის სენსორული სტრუქტურები არის კიდევ ერთი პოპულარული სენსორული სტრუქტურა, რომელსაც შეუძლია გამოიყენოს სხვადასხვა ჰეტეროგენული ნანოსტრუქტურული მასალები, მათ შორის ერთი „მასტერ“ ნანომასალა და მეორე ან თუნდაც მესამე ნანომასალა.მაგალითად, ერთგანზომილებიანი ან ორგანზომილებიანი მასალები, რომლებიც მორთულია ნანონაწილაკებით, ბირთვის გარსით (CS) და მრავალშრიანი ჰეტერონასტრუქტურული მასალებით, ჩვეულებრივ გამოიყენება II ტიპის სენსორულ სტრუქტურებში და დეტალურად იქნება განხილული ქვემოთ.
პირველი ჰეტერონანოსტრუქტურული მასალისთვის (გაფორმებული ჰეტერონანოსტრუქტურა), როგორც ნაჩვენებია ნახ. 2b(1)-ზე, სენსორის გამტარი არხები დაკავშირებულია საბაზისო მასალით.ჰეტეროკავშირების წარმოქმნის გამო, მოდიფიცირებულ ნანონაწილაკებს შეუძლიათ უზრუნველყონ უფრო რეაქტიული ადგილები გაზის ადსორბციისთვის ან დეზორბციისთვის და ასევე შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც კატალიზატორები სენსორული მუშაობის გასაუმჯობესებლად109,122,123,124.Yuan et al.41-მა აღნიშნეს, რომ WO3 ნანომავთულის გაფორმება CeO2 ნანოდოტებით შეიძლება უზრუნველყოს მეტი ადსორბციის ადგილი CeO2@WO3 ჰეტეროინტერფეისზე და CeO2 ზედაპირზე და წარმოქმნას მეტი ქიმიორბირებული ჟანგბადის სახეობა აცეტონთან რეაქციისთვის.გუნავანი და სხვ.125. შემოთავაზებულია ულტრა მაღალი მგრძნობელობის აცეტონის სენსორი, რომელიც დაფუძნებულია ერთგანზომილებიან Au@α-Fe2O3-ზე და დაფიქსირდა, რომ სენსორის მგრძნობელობა კონტროლდება O2 მოლეკულების, როგორც ჟანგბადის წყაროს გააქტიურებით.Au NP-ების არსებობამ შეიძლება იმოქმედოს როგორც კატალიზატორი, რომელიც ხელს უწყობს ჟანგბადის მოლეკულების დისოციაციას მედის ჟანგბადში აცეტონის დაჟანგვისთვის.მსგავსი შედეგები მიიღეს ჩოიმ და სხვებმა.9 სადაც Pt კატალიზატორი გამოიყენებოდა ადსორბირებული ჟანგბადის მოლეკულების იონიზებული ჟანგბადის სახეობებად დაყოფისთვის და აცეტონის მიმართ მგრძნობიარე პასუხის გასაძლიერებლად.2017 წელს, იმავე კვლევითმა ჯგუფმა აჩვენა, რომ ბიმეტალური ნანონაწილაკები ბევრად უფრო ეფექტურია კატალიზში, ვიდრე ცალკეული კეთილშობილი ლითონის ნანონაწილაკები, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 5126. 5a არის პლატინის დაფუძნებული ბიმეტალური (PtM) NP-ების წარმოების პროცესის სქემატური აპოფერიტინის უჯრედების გამოყენებით. საშუალო ზომა 3 ნმ-ზე ნაკლები.შემდეგ, ელექტროსპინინგის მეთოდის გამოყენებით, მიიღეს PtM@WO3 ნანობოჭკოები აცეტონის ან H2S-ის მიმართ მგრძნობელობისა და სელექციურობის გაზრდის მიზნით (ნახ. 5b–g).ცოტა ხნის წინ, ერთი ატომის კატალიზატორებმა (SAC) აჩვენეს შესანიშნავი კატალიზური მოქმედება კატალიზისა და გაზის ანალიზის სფეროში ატომებისა და მორგებული ელექტრონული სტრუქტურების გამოყენების მაქსიმალური ეფექტურობის გამო127,128.შინი და სხვ.129-მა გამოიყენა Pt-SA დამაგრებული ნახშირბადის ნიტრიდი (MCN), SnCl2 და PVP ნანოფურცლები, როგორც ქიმიური წყაროები Pt@MCN@SnO2 შიდა ბოჭკოების მოსამზადებლად გაზის აღმოჩენისთვის.მიუხედავად Pt@MCN-ის ძალიან დაბალი შემცველობისა (0.13 wt.%-დან 0.68 wt.%), აირისებრი ფორმალდეჰიდის Pt@MCN@SnO2 გამოვლენის ხარისხი აღემატება სხვა საცნობარო ნიმუშებს (სუფთა SnO2, MCN@SnO2 და Pt NPs@. SnO2)..აღმოჩენის ეს შესანიშნავი შესრულება შეიძლება მიეკუთვნებოდეს Pt SA კატალიზატორის მაქსიმალურ ატომურ ეფექტურობას და SnO2129 აქტიური უბნების მინიმალურ დაფარვას.
აპოფერიტინით დატვირთული ინკაფსულაციის მეთოდი PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) ნანონაწილაკების მისაღებად;bd ხელუხლებელი WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 და Pt-NiO@WO3 ნანობოჭკოების დინამიური გაზის მგრძნობიარე თვისებები;დაფუძნებული, მაგალითად, PtPd@WO3, PtRn@WO3 და Pt-NiO@WO3 ნანობოჭკოვანი სენსორების სელექციურობის თვისებებზე 1 ppm ჩარევის გაზის 126
გარდა ამისა, ხარაჩოების მასალებსა და ნანონაწილაკებს შორის წარმოქმნილ ჰეტეროკავშირებს ასევე შეუძლიათ ეფექტურად მოახდინოს გამტარობის არხების მოდულირება რადიალური მოდულაციის მექანიზმის მეშვეობით სენსორის მუშაობის გასაუმჯობესებლად130,131,132.ნახ.სურათი 6a გვიჩვენებს სუფთა SnO2 და Cr2O3@SnO2 ნანომავთულხლართების სენსორულ მახასიათებლებს გაზების შემცირებისა და დაჟანგვისთვის და შესაბამისი სენსორის მექანიზმები131.სუფთა SnO2 ნანომავთულებთან შედარებით, Cr2O3@SnO2 ნანომავთულის რეაქცია შემცირებულ აირებზე მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, ხოლო რეაქცია ჟანგვის აირებზე უარესდება.ეს ფენომენები მჭიდრო კავშირშია SnO2 ნანომავთულის გამტარი არხების ლოკალურ შენელებასთან, წარმოქმნილი pn ჰეტეროჯუნქციის რადიალური მიმართულებით.სენსორის წინააღმდეგობის უბრალოდ რეგულირება შესაძლებელია EDL სიგანის შეცვლით სუფთა SnO2 ნანომავთულის ზედაპირზე, შემცირების და ჟანგვის გაზების ზემოქმედების შემდეგ.თუმცა, Cr2O3@SnO2 ნანომავთულებისთვის, ჰაერში SnO2 ნანომავთულის საწყისი DEL გაზრდილია სუფთა SnO2 ნანომავთულებთან შედარებით და გამტარ არხი ჩახშობილია ჰეტეროკავშირის წარმოქმნის გამო.ამიტომ, როდესაც სენსორი ექვემდებარება შემამცირებელ გაზს, დაჭერილი ელექტრონები გამოიყოფა SnO2 ნანომავთულებში და EDL მკვეთრად მცირდება, რაც იწვევს უფრო მაღალ მგრძნობელობას, ვიდრე სუფთა SnO2 ნანომავთულები.პირიქით, ჟანგვის გაზზე გადასვლისას, DEL გაფართოება შეზღუდულია, რაც იწვევს დაბალ მგრძნობელობას.მსგავსი სენსორული პასუხის შედეგები დაფიქსირდა Choi et al.-მა, 133, რომელშიც SnO2 ნანომავთულები, რომლებიც გაფორმებულია p-ტიპის WO3 ნანონაწილაკებით, აჩვენებდნენ მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულ სენსორულ პასუხს შემცირებულ აირებზე, ხოლო n-მორთული SnO2 სენსორები გააუმჯობესეს მგრძნობელობა ჟანგვის აირების მიმართ.TiO2 ნანონაწილაკები (ნახ. 6ბ) 133. ეს შედეგი ძირითადად განპირობებულია SnO2 და MOS (TiO2 ან WO3) ნანონაწილაკების სხვადასხვა სამუშაო ფუნქციებით.p-ტიპის (n-ტიპის) ნანონაწილაკებში ჩარჩო მასალის (SnO2) გამტარი არხი ფართოვდება (ან იკუმშება) რადიალური მიმართულებით, შემდეგ კი, შემცირების (ან დაჟანგვის) მოქმედებით, შემდგომი გაფართოება (ან შემოკლება). SnO2-ის გამტარი არხის - ნეკნი ) აირის (სურ. 6b).
რადიალური მოდულაციის მექანიზმი გამოწვეული შეცვლილი LF MOS-ით.გაზის პასუხების შეჯამება 10 ppm აღმდგენი და ჟანგვის აირებზე, რომელიც დაფუძნებულია სუფთა SnO2 და Cr2O3@SnO2 ნანომავთულებზე და შესაბამისი სენსორული მექანიზმების სქემატურ დიაგრამებზე;და WO3@SnO2 ნანოროლების შესაბამისი სქემები და გამოვლენის მექანიზმი133
ორფენიანი და მრავალშრიანი ჰეტეროსტრუქტურული მოწყობილობებში მოწყობილობის გამტარ არხზე დომინირებს ფენა (ჩვეულებრივ ქვედა ფენა) ელექტროდებთან უშუალო კონტაქტში, ხოლო ორი ფენის ინტერფეისზე წარმოქმნილ ჰეტეროკავშირს შეუძლია აკონტროლოს ქვედა ფენის გამტარობა. .ამიტომ, როდესაც აირები ურთიერთქმედებენ ზედა ფენასთან, მათ შეუძლიათ მნიშვნელოვნად იმოქმედონ ქვედა ფენის გამტარ არხებზე და მოწყობილობის 134 წინააღმდეგობაზე.მაგალითად, კუმარი და სხვ.77 მოხსენებული იყო TiO2@NiO და NiO@TiO2 ორმაგი ფენების საპირისპირო ქცევა NH3-ისთვის.ეს განსხვავება წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ორი სენსორის გამტარი არხები დომინირებს სხვადასხვა მასალის ფენებში (შესაბამისად, NiO და TiO2), შემდეგ კი ცვალებადობა გამტარ არხებში განსხვავებულია77.
ორშრიანი ან მრავალშრიანი ჰეტერონანოსტრუქტურები, როგორც წესი, წარმოიქმნება ჭურვის, ატომური შრის დეპონირების (ALD) და ცენტრიფუგაციის გზით56,70,134,135,136.ფილმის სისქე და ორი მასალის კონტაქტის არე კარგად შეიძლება კონტროლდებოდეს.ნახაზები 7a და b გვიჩვენებს NiO@SnO2 და Ga2O3@WO3 ნანოფილებს, რომლებიც მიღებულ იქნა ეთანოლის გამოვლენისთვის sputtering-ით135,137.თუმცა, ეს მეთოდები ზოგადად აწარმოებენ ბრტყელ ფილებს და ეს ბრტყელი ფილმები ნაკლებად მგრძნობიარეა, ვიდრე 3D ნანოსტრუქტურული მასალები მათი დაბალი სპეციფიური ზედაპირისა და გაზის გამტარიანობის გამო.მაშასადამე, თხევადი ფაზის სტრატეგია სხვადასხვა იერარქიის მქონე ორფენიანი ფილმების წარმოებისთვის ასევე შემოთავაზებულია აღქმის მუშაობის გასაუმჯობესებლად სპეციფიური ზედაპირის ფართობის გაზრდით41,52,138.Zhu et al.139-მა გააერთიანა თხრილის და ჰიდროთერმული ტექნიკა, რათა წარმოექმნა მაღალი მოწესრიგებული ZnO ნანომავთულები SnO2 ნანომავთულებზე (ZnO@SnO2 ნანომავთულები) H2S აღმოჩენისთვის (ნახ. 7c).მისი რეაქცია 1 ppm H2S-ზე 1,6-ჯერ მეტია ვიდრე სენსორის რეაქცია, რომელიც დაფუძნებულია ნანოფილმების ZnO@SnO2-ზე.ლიუ და სხვ.52 იტყობინება მაღალი ხარისხის H2S სენსორი, რომელიც იყენებს ორსაფეხურიანი in situ ქიმიური დეპონირების მეთოდს იერარქიული SnO2@NiO ნანოსტრუქტურების დასამზადებლად, რასაც მოჰყვება თერმული ანილირება (ნახ. 10d).ჩვეულებრივ დაფხვნილ SnO2@NiO ორშრიანი ფილმებთან შედარებით, SnO2@NiO იერარქიული ორშრის სტრუქტურის მგრძნობელობის შესრულება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის ზრდის გამო52,137.
ორფენიანი გაზის სენსორი MOS-ზე დაფუძნებული.NiO@SnO2 ნანოფილმი ეთანოლის გამოვლენისთვის;137b Ga2O3@WO3 ნანოფილმი ეთანოლის გამოვლენისთვის;135c უაღრესად მოწესრიგებული SnO2@ZnO ორშრიანი იერარქიული სტრუქტურა H2S აღმოჩენისთვის;139d SnO2@NiO ორშრიანი იერარქიული სტრუქტურა H2S52-ის გამოსავლენად.
II ტიპის მოწყობილობებში, რომლებიც დაფუძნებულია ბირთვ-ჭურვის ჰეტერონანოსტრუქტურებზე (CSHNs), სენსორული მექანიზმი უფრო რთულია, რადგან გამტარობის არხები არ შემოიფარგლება მხოლოდ შიდა გარსით.როგორც წარმოების მარშრუტს, ასევე შეფუთვის სისქეს (hs) შეუძლია განსაზღვროს გამტარ არხების მდებარეობა.მაგალითად, ქვემოდან ზევით სინთეზის მეთოდების გამოყენებისას, გამტარი არხები ჩვეულებრივ შემოიფარგლება შიდა ბირთვით, რომელიც სტრუქტურაში მსგავსია ორფენიანი ან მრავალშრიანი მოწყობილობის სტრუქტურების (ნახ. 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144-მა მოახსენა ქვემოდან ზევით მიდგომა CSHN NiO@α-Fe2O3 და CuO@α-Fe2O3-ის მისაღებად NiO ან CuO NP-ების ფენის დეპონირებით α-Fe2O3 ნანოროდებზე, რომელშიც გამტარობის არხი შეზღუდული იყო ცენტრალური ნაწილით.(ნანოროდები α-Fe2O3).ლიუ და სხვ.142-მა ასევე მოახერხა გამტარი არხის შეზღუდვა CSHN TiO2 @ Si-ის ძირითად ნაწილზე TiO2-ის დეპონირებით სილიციუმის ნანომავთულების მომზადებულ მასივებზე.ამიტომ, მისი სენსორული ქცევა (p-ტიპი ან n-ტიპი) დამოკიდებულია მხოლოდ სილიკონის ნანომავთულის ნახევარგამტარულ ტიპზე.
თუმცა, CSHN-ზე დაფუძნებული სენსორების უმეტესობა (ნახ. 2b(4)) დამზადებულია სინთეზირებული CS მასალის ფხვნილების ჩიპებზე გადატანით.ამ შემთხვევაში, სენსორის გამტარობის გზაზე გავლენას ახდენს კორპუსის სისქე (hs).კიმის ჯგუფმა გამოიკვლია hs-ის ეფექტი გაზის გამოვლენის შესრულებაზე და შესთავაზა აღმოჩენის შესაძლო მექანიზმი100,112,145,146,147,148. ითვლება, რომ ორი ფაქტორი უწყობს ხელს ამ სტრუქტურის სენსორულ მექანიზმს: (1) ჭურვის EDL-ის რადიალური მოდულაცია და (2) ელექტრული ველის დაბინძურების ეფექტი (ნახ. 8) 145. მკვლევარებმა აღნიშნეს, რომ გამტარობის არხი მატარებლების უმეტესობა შემოიფარგლება გარსის ფენით, როდესაც ჭურვის ფენის hs > λD145. ითვლება, რომ ორი ფაქტორი უწყობს ხელს ამ სტრუქტურის სენსორულ მექანიზმს: (1) ჭურვის EDL-ის რადიალური მოდულაცია და (2) ელექტრული ველის დაბინძურების ეფექტი (ნახ. 8) 145. მკვლევარებმა აღნიშნეს, რომ გამტარობის არხი მატარებლების უმეტესობა შემოიფარგლება გარსის ფენით, როდესაც ჭურვის ფენის hs > λD145. Считается, что в механизме восприятия этой структуры участвуют два фактора: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки и (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. λD оболочки145. ითვლება, რომ ამ სტრუქტურის აღქმის მექანიზმში მონაწილეობს ორი ფაქტორი: (1) გარსის EDL-ის რადიალური მოდულაცია და (2) ელექტრული ველის დაბინდვის ეფექტი (ნახ. 8) 145. მკვლევარებმა აღნიშნეს, რომ გადამზიდავი გამტარი არხი ძირითადად შემოიფარგლება გარსით, როდესაც hs > λD ჭურვები145.ითვლება, რომ ამ სტრუქტურის გამოვლენის მექანიზმს ორი ფაქტორი უწყობს ხელს: (1) გარსის DEL-ის რადიალური მოდულაცია და (2) ელექტრული ველის დაბინძურების ეფექტი (ნახ. 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 > лD145 оболочки, количество носителей в ძირითადიм შეზღუდულიо оболочкой. მკვლევარებმა აღნიშნეს, რომ გამტარი არხი, როდესაც ჭურვის hs > λD145, მატარებლების რაოდენობა ძირითადად შემოიფარგლება ჭურვით.მაშასადამე, CSHN-ზე დაფუძნებული სენსორის რეზისტენტულ მოდულაციაში ჭარბობს გადახურვის DEL-ის რადიალური მოდულაცია (ნახ. 8a).თუმცა, გარსის hs ≤ λD-ზე, ჟანგბადის ნაწილაკები, რომლებიც ადსორბირდება გარსის მიერ და ჰეტეროკავშირი, რომელიც წარმოიქმნება CS ჰეტეროკავშირში, მთლიანად ამოწურულია ელექტრონებით. აქედან გამომდინარე, გამტარი არხი მდებარეობს არა მხოლოდ გარსის ფენის შიგნით, არამედ ნაწილობრივ ბირთვის ნაწილში, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ჭურვის ფენის hs < λD. აქედან გამომდინარე, გამტარი არხი მდებარეობს არა მხოლოდ გარსის ფენის შიგნით, არამედ ნაწილობრივ ბირთვის ნაწილში, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ჭურვის ფენის hs < λD. Поэтому канал проводимости располагается не е только внутри оболочечного слоя, მაგრამ და დროულად სერდცევინნოი ნაწილებში, ცალსახად hs < lD оболочечного слоя. ამრიგად, გამტარი არხი მდებარეობს არა მხოლოდ გარსის ფენის შიგნით, არამედ ნაწილობრივ ბირთვის ნაწილში, განსაკუთრებით ჭურვის ფენის hs < λD.因此，传导通道不仅位于壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳层瀚是当壳层瀚是当壳层 hs < λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но и частично в сердцевине, особенно при hs < λD оболочки. ამრიგად, გამტარი არხი მდებარეობს არა მხოლოდ გარსის შიგნით, არამედ ნაწილობრივ ბირთვში, განსაკუთრებით ჭურვის hs < λD.ამ შემთხვევაში, როგორც მთლიანად ამოწურული ელექტრონული გარსი, ასევე ნაწილობრივ გამოფიტული ბირთვის შრე ხელს უწყობს მთელი CSHN-ის წინააღმდეგობის მოდულაციას, რაც იწვევს ელექტრული ველის კუდის ეფექტს (ნახ. 8b).ზოგიერთმა სხვა კვლევამ გამოიყენა EDL მოცულობითი ფრაქციის კონცეფცია ელექტრული ველის კუდის ნაცვლად hs ეფექტის გასაანალიზებლად100,148.ამ ორი წვლილის გათვალისწინებით, CSHN წინააღმდეგობის მთლიანი მოდულაცია აღწევს თავის უდიდეს მნიშვნელობას, როდესაც hs შედარებულია გარსით λD, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 8c.მაშასადამე, CSHN-სთვის ოპტიმალური hs შეიძლება ახლოს იყოს λD გარსთან, რაც შეესაბამება ექსპერიმენტულ დაკვირვებებს99,144,145,146,149.რამდენიმე კვლევამ აჩვენა, რომ hs ასევე შეიძლება გავლენა იქონიოს CSHN-ზე დაფუძნებული pn-ჰეტეროკავშირის სენსორების მგრძნობელობაზე40,148.ლი და სხვ.148 და ბაი და სხვ.40 სისტემატურად გამოიკვლიეს hs-ის ეფექტი pn-ჰეტეროჯუნციური CSHN სენსორების მუშაობაზე, როგორიცაა TiO2@CuO და ZnO@NiO, მოპირკეთების ALD ციკლის შეცვლით.შედეგად, სენსორული ქცევა შეიცვალა p-ტიპიდან n-ტიპამდე hs40,148 გაზრდით.ეს ქცევა განპირობებულია იმით, რომ თავდაპირველად (ALD ციკლების შეზღუდული რაოდენობით) ჰეტეროსტრუქტურები შეიძლება ჩაითვალოს მოდიფიცირებულ ჰეტერონანოსტრუქტურებად.ამრიგად, გამტარობის არხი შემოიფარგლება ძირითადი ფენით (p-ტიპის MOSFET) და სენსორი ავლენს p-ტიპის გამოვლენის ქცევას.ALD ციკლების რაოდენობის მატებასთან ერთად, მოპირკეთების ფენა (n-ტიპის MOSFET) ხდება კვაზი-უწყვეტი და მოქმედებს როგორც გამტარი არხი, რის შედეგადაც ხდება n ტიპის მგრძნობელობა.მსგავსი სენსორული გარდამავალი ქცევა მოხსენებულია pn განშტოებული ჰეტერონანოსტრუქტურებისთვის 150,151.ჟოუ და სხვ.150 გამოიკვლია Zn2SnO4@Mn3O4 განშტოებული ჰეტერონანოსტრუქტურების მგრძნობელობა Mn3O4 ნანომავთულის ზედაპირზე Zn2SnO4 შემცველობის კონტროლით.როდესაც Mn3O4 ზედაპირზე წარმოიქმნა Zn2SnO4 ბირთვები, დაფიქსირდა p-ტიპის მგრძნობელობა.Zn2SnO4 შემცველობის შემდგომი ზრდით, განშტოებული Zn2SnO4@Mn3O4 ჰეტერონანოსტრუქტურებზე დაფუძნებული სენსორი გადადის n-ტიპის სენსორის ქცევაზე.
ნაჩვენებია CS ნანომავთულის ორფუნქციური სენსორული მექანიზმის კონცეპტუალური აღწერა.a წინააღმდეგობის მოდულაცია ელექტრონით დაცლილი გარსების რადიალური მოდულაციის გამო, b ნაცხის უარყოფითი ეფექტი წინააღმდეგობის მოდულაციაზე და c CS ნანომავთულის მთლიანი წინააღმდეგობის მოდულაცია ორივე ეფექტის კომბინაციის გამო 40
დასასრულს, II ტიპის სენსორები მოიცავს ბევრ განსხვავებულ იერარქიულ ნანოსტრუქტურას და სენსორის მოქმედება დიდად არის დამოკიდებული გამტარ არხების მოწყობაზე.აქედან გამომდინარე, ძალიან მნიშვნელოვანია სენსორის გამტარობის არხის პოზიციის კონტროლი და შესაფერისი ჰეტერონანოსტრუქტურირებული MOS მოდელის გამოყენება II ტიპის სენსორების გაფართოებული სენსორული მექანიზმის შესასწავლად.
III ტიპის სენსორული სტრუქტურები არც თუ ისე გავრცელებულია და გამტარ არხი ეფუძნება ჰეტეროკავშირს, რომელიც წარმოიქმნება ორ ნახევარგამტარს შორის, რომლებიც დაკავშირებულია ორ ელექტროდთან, შესაბამისად.მოწყობილობის უნიკალური სტრუქტურები, როგორც წესი, მიიღება მიკროდამუშავების ტექნიკით და მათი სენსორული მექანიზმები ძალიან განსხვავდება წინა ორი სენსორული სტრუქტურისგან.III ტიპის სენსორის IV მრუდი, როგორც წესი, ავლენს ტიპიური რექტიფიკაციის მახასიათებლებს ჰეტეროკავშირის წარმოქმნის გამო48,152,153.იდეალური ჰეტეროკავშირის I–V მახასიათებელი მრუდი შეიძლება აღიწეროს ჰეტეროკავშირის ბარიერის სიმაღლეზე ელექტრონების ემისიის თერმიონული მექანიზმით152,154,155.
სადაც Va არის მიკერძოების ძაბვა, A არის მოწყობილობის ფართობი, k არის ბოლცმანის მუდმივი, T არის აბსოლუტური ტემპერატურა, q არის გადამზიდავი მუხტი, Jn და Jp არის ხვრელის და ელექტრონის დიფუზიის დენის სიმკვრივე, შესაბამისად.IS წარმოადგენს საპირისპირო გაჯერების დენს, რომელიც განისაზღვრება როგორც: 152,154,155
მაშასადამე, pn ჰეტეროკავშირის ჯამური დენი დამოკიდებულია მუხტის მატარებლების კონცენტრაციის ცვლილებაზე და ჰეტეროკავშირის ბარიერის სიმაღლის ცვლილებაზე, როგორც ნაჩვენებია (3) და (4) განტოლებებში 156
სადაც nn0 და pp0 არის ელექტრონების (ხვრელების) კონცენტრაცია n ტიპის (p-ტიპის) MOS-ში, \(V_{bi}^0\) არის ჩაშენებული პოტენციალი, Dp (Dn) არის დიფუზიის კოეფიციენტი. ელექტრონები (ხვრელები), Ln (Lp) არის ელექტრონების დიფუზიის სიგრძე (ხვრელები), ΔEv (ΔEc) არის ვალენტობის ზოლის (გამტარობის ზოლის) ენერგეტიკული ცვლა ჰეტეროკავშირზე.მიუხედავად იმისა, რომ დენის სიმკვრივე პროპორციულია მატარებლის სიმკვრივისა, ის ექსპონენციალურად უკუპროპორციულია \(V_{bi}^0\).მაშასადამე, დენის სიმკვრივის საერთო ცვლილება ძლიერ არის დამოკიდებული ჰეტეროჯუნქციური ბარიერის სიმაღლის მოდულაციაზე.
როგორც ზემოთ აღინიშნა, ჰეტერო-ნანოსტრუქტურირებული MOSFET-ების (მაგალითად, ტიპის I და ტიპის II მოწყობილობების) შექმნამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს სენსორის მუშაობა, ვიდრე ცალკეული კომპონენტები.ხოლო III ტიპის მოწყობილობებისთვის ჰეტერონანოსტრუქტურის პასუხი შეიძლება იყოს ორ კომპონენტზე48,153 ან ერთ კომპონენტზე მაღალი76, მასალის ქიმიური შემადგენლობის მიხედვით.რამდენიმე მოხსენებამ აჩვენა, რომ ჰეტერონანოსტრუქტურების რეაქცია გაცილებით მაღალია, ვიდრე ერთი კომპონენტის რეაქცია, როდესაც ერთ-ერთი კომპონენტი არ არის მგრძნობიარე სამიზნე აირის მიმართ48,75,76,153.ამ შემთხვევაში, სამიზნე აირი ურთიერთქმედებს მხოლოდ მგრძნობიარე ფენასთან და გამოიწვევს მგრძნობიარე ფენის Ef ცვლას და ჰეტეროკავშირის ბარიერის სიმაღლის ცვლილებას.მაშინ მოწყობილობის მთლიანი დენი მნიშვნელოვნად შეიცვლება, რადგან იგი უკუკავშირშია ჰეტეროჯუნქციური ბარიერის სიმაღლესთან განტოლების მიხედვით.(3) და (4) 48,76,153.თუმცა, როდესაც ორივე n-ტიპის და p-ტიპის კომპონენტები მგრძნობიარეა სამიზნე აირის მიმართ, აღმოჩენის შესრულება შეიძლება იყოს სადღაც შორის.ხოსემ და სხვ.76-მა შექმნეს ფოროვანი NiO/SnO2 ფირის NO2 სენსორი დაფქვით და დაადგინეს, რომ სენსორის მგრძნობელობა მხოლოდ NiO-ზე დაფუძნებული სენსორის მგრძნობელობა იყო, მაგრამ უფრო დაბალი ვიდრე SnO2-ზე დაფუძნებული სენსორის.სენსორი.ეს ფენომენი განპირობებულია იმით, რომ SnO2 და NiO ავლენენ საპირისპირო რეაქციას NO276-თან.ასევე, იმის გამო, რომ ორ კომპონენტს აქვს განსხვავებული მგრძნობელობა გაზის მიმართ, მათ შეიძლება ჰქონდეთ იგივე ტენდენცია, რომ აღმოაჩინონ ჟანგვის და შემცირების აირები.მაგალითად, Kwon et al.157-მა შემოგვთავაზა NiO/SnO2 pn-ჰეტეროკავშირის გაზის სენსორი ირიბი დაფრქვევით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 9a-ზე.საინტერესოა, რომ NiO/SnO2 pn-ჰეტეროკავშირის სენსორმა აჩვენა მგრძნობელობის იგივე ტენდენცია H2-სა და NO2-სთვის (ნახ. 9a).ამ შედეგის გადასაჭრელად კვონმა და სხვ.157 სისტემატურად გამოიკვლია, თუ როგორ ცვლის NO2 და H2 მატარებლის კონცენტრაციებს და დააკონფიგურირებს ორივე მასალის \(V_{bi}^0\) IV- მახასიათებლებისა და კომპიუტერული სიმულაციების გამოყენებით (ნახ. 9bd).ნახატები 9b და c აჩვენებენ H2 და NO2-ის უნარს შეცვალონ სენსორების გადამზიდავი სიმკვრივე, შესაბამისად p-NiO (pp0) და n-SnO2 (nn0) საფუძველზე.მათ აჩვენეს, რომ p-ტიპის NiO pp0 ოდნავ შეიცვალა NO2 გარემოში, ხოლო მკვეთრად შეიცვალა H2 გარემოში (ნახ. 9b).თუმცა, n ტიპის SnO2-ისთვის nn0 იქცევა საპირისპიროდ (ნახ. 9c).ამ შედეგებზე დაყრდნობით, ავტორებმა დაასკვნეს, რომ როდესაც H2 გამოიყენეს სენსორზე NiO/SnO2 pn ჰეტეროკავშირის საფუძველზე, nn0-ის ზრდამ გამოიწვია Jn-ის ზრდა და \(V_{bi}^0\) გამოიწვია რეაქციის შემცირება (ნახ. 9d).NO2-ზე ზემოქმედების შემდეგ, nn0-ის დიდი შემცირება SnO2-ში და pp0-ის მცირე ზრდა NiO-ში იწვევს \(V_{bi}^0\) დიდ შემცირებას, რაც უზრუნველყოფს სენსორული პასუხის ზრდას (ნახ. 9d. ) 157 დასკვნის სახით, მატარებლების კონცენტრაციის ცვლილება და \(V_{bi}^0\) იწვევს მთლიან დენის ცვლილებას, რაც კიდევ უფრო აისახება გამოვლენის უნარზე.
გაზის სენსორის სენსორული მექანიზმი ემყარება III ტიპის მოწყობილობის სტრუქტურას.სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის (SEM) ჯვარედინი სექციური სურათები, p-NiO/n-SnO2 ნანოკოილი მოწყობილობა და სენსორის თვისებები p-NiO/n-SnO2 ნანოკოილის ჰეტეროჯამრთელობის სენსორის 200°C ტემპერატურაზე H2 და NO2-სთვის;b , c-მოწყობილობის განივი SEM და მოწყობილობის სიმულაციის შედეგები p-NiO b-ფენით და n-SnO2 c-ფენით.b p-NiO სენსორი და c n-SnO2 სენსორი ზომავს და შეესაბამება I–V მახასიათებლებს მშრალ ჰაერში და H2 და NO2 ზემოქმედების შემდეგ.P-NiO-ში b-ხვრელების სიმკვრივის ორგანზომილებიანი რუკა და n-SnO2 ფენის c-ელექტრონების რუკა ფერადი მასშტაბით მოდელირებული იქნა Sentaurus TCAD პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით.d სიმულაციის შედეგები აჩვენებს p-NiO/n-SnO2-ის 3D რუკას მშრალ ჰაერში, H2 და NO2157 გარემოში.
თავად მასალის ქიმიური თვისებების გარდა, III ტიპის მოწყობილობის სტრუქტურა აჩვენებს გაზის თვითმმართველობის სენსორების შექმნის შესაძლებლობას, რაც შეუძლებელია I და II ტიპის მოწყობილობებით.მათი თანდაყოლილი ელექტრული ველის (BEF) გამო, pn ჰეტეროკავშირის დიოდური სტრუქტურები ჩვეულებრივ გამოიყენება ფოტოელექტრული მოწყობილობების ასაგებად და აჩვენებენ პოტენციალს ოთახის ტემპერატურაზე განათების ქვეშ 74,158,159,160,161 თვითმმართველობითი ფოტოელექტრული გაზის სენსორების შესაქმნელად.BEF ჰეტეროინტერფეისზე, რომელიც გამოწვეულია მასალების ფერმის დონეების სხვაობით, ასევე ხელს უწყობს ელექტრონ-ხვრელების წყვილების გამოყოფას.თვითმოძველებული ფოტოელექტრული გაზის სენსორის უპირატესობა არის მისი დაბალი ენერგიის მოხმარება, რადგან მას შეუძლია შთანთქას განათების შუქის ენერგია და შემდეგ გააკონტროლოს საკუთარი თავი ან სხვა მინიატურული მოწყობილობები გარე ენერგიის წყაროს საჭიროების გარეშე.მაგალითად, Tanuma-მ და Sugiyama162-მა შექმნეს NiO/ZnO pn ჰეტეროკავშირები, როგორც მზის უჯრედები SnO2-ზე დაფუძნებული პოლიკრისტალური CO2 სენსორების გასააქტიურებლად.გადი და სხვ.74 მოხსენებული იყო თვითმმართველობით მომუშავე ფოტოელექტრული გაზის სენსორი, რომელიც დაფუძნებულია Si/ZnO@CdS pn ჰეტეროკავშირზე, როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 10a.ვერტიკალურად ორიენტირებული ZnO ნანომავთულები იზრდებოდა პირდაპირ p-ტიპის სილიკონის სუბსტრატებზე Si/ZnO pn ჰეტეროკავშირების შესაქმნელად.შემდეგ CdS ნანონაწილაკები მოდიფიცირებული იქნა ZnO ნანომავთულის ზედაპირზე ქიმიური ზედაპირის მოდიფიკაციით.ნახ.10a გვიჩვენებს off-line Si/ZnO@CdS სენსორის პასუხის შედეგებს O2 და ეთანოლისთვის.განათების ქვეშ, ღია წრის ძაბვა (Voc) ელექტრონ-ხვრელების წყვილების გამოყოფის გამო BEP-ის დროს Si/ZnO ჰეტეროინტერფეისზე წრფივად იზრდება დაკავშირებული დიოდების რაოდენობასთან ერთად74,161.Voc შეიძლება წარმოდგენილი იყოს განტოლებით.(5) 156,
სადაც ND, NA და Ni არის დონორების, მიმღებების და შინაგანი მატარებლების კონცენტრაციები, შესაბამისად, და k, T და q იგივე პარამეტრებია, როგორც წინა განტოლებაში.ჟანგვის გაზების ზემოქმედებისას, ისინი გამოიყოფენ ელექტრონებს ZnO ნანომავთულებიდან, რაც იწვევს \(N_D^{ZnO}\) და Voc-ის შემცირებას.პირიქით, გაზის შემცირებამ გამოიწვია Voc-ის ზრდა (ნახ. 10a).ZnO-ს CdS ნანონაწილაკებით დეკორაციისას, CdS ნანონაწილაკებში ფოტოაგზნებული ელექტრონები შეჰყავთ ZnO-ს გამტარ ზოლში და ურთიერთქმედებენ ადსორბირებულ გაზთან, რითაც იზრდება აღქმის ეფექტურობა74,160.Si/ZnO-ზე დაფუძნებული მსგავსი თვითმოძველებული ფოტოელექტრული გაზის სენსორი მოხსენებული იქნა ჰოფმანისა და სხვების მიერ.160, 161 (სურ. 10ბ).ეს სენსორი შეიძლება მომზადდეს ამინით ფუნქციონირებული ZnO ნანონაწილაკების ([3-(2-ამინოეთილამინო)პროპილ]ტრიმეთოქსისილანი) (ამინო-ფუნქციონალიზებული-SAM) და თიოლის ((3-მერკაპტოპროპილ)-ფუნქციონალიზებული ხაზის გამოყენებით, სამუშაო ფუნქციის დასარეგულირებლად. სამიზნე აირის NO2-ის სელექციური გამოვლენისთვის (ტრიმეთოქსისილანი) (თიოლ-ფუნქციონალიზებული-SAM)) (სურ. 10b) 74,161.
თვითმმართველობის იკვებება ფოტოელექტრული გაზის სენსორი, რომელიც დაფუძნებულია III ტიპის მოწყობილობის სტრუქტურაზე.Si/ZnO@CdS-ზე დაფუძნებული თვითმმართველობით მომუშავე ფოტოელექტრული გაზის სენსორი, თვითკვებადი სენსორული მექანიზმი და სენსორის რეაქცია მზის სხივების ქვეშ დაჟანგული (O2) და შემცირებული (1000 ppm ეთანოლი) აირებზე;74b დამოუკიდებლად მომუშავე ფოტოელექტრული გაზის სენსორი, რომელიც დაფუძნებულია Si ZnO/ZnO სენსორებზე და სენსორის პასუხებზე სხვადასხვა აირებზე ZnO SAM-ის ფუნქციონალიზაციის შემდეგ ტერმინალური ამინებითა და თიოლებით 161
ამიტომ, III ტიპის სენსორების სენსიტიური მექანიზმის განხილვისას მნიშვნელოვანია განისაზღვროს ჰეტეროკავშირის ბარიერის სიმაღლის ცვლილება და გაზის უნარი გავლენა მოახდინოს მატარებლის კონცენტრაციაზე.გარდა ამისა, განათებას შეუძლია შექმნას ფოტოგენერირებული მატარებლები, რომლებიც რეაგირებენ გაზებთან, რაც პერსპექტიულია თვითმმართველობითი გაზის გამოვლენისთვის.
როგორც ამ ლიტერატურის მიმოხილვაში იყო განხილული, მრავალი განსხვავებული MOS ჰეტერონანოსტრუქტურა შეიქმნა სენსორის მუშაობის გასაუმჯობესებლად.Web of Science მონაცემთა ბაზაში მოძებნეს სხვადასხვა საკვანძო სიტყვები (ლითონის ოქსიდის კომპოზიტები, ბირთვის გარსების ლითონის ოქსიდები, ფენიანი ლითონის ოქსიდები და თვითმოძრავი გაზის ანალიზატორები), ასევე განმასხვავებელი მახასიათებლები (სიმრავლე, მგრძნობელობა/შერჩევითობა, ენერგიის გამომუშავების პოტენციალი, წარმოება) .მეთოდი ამ სამი მოწყობილობიდან სამის მახასიათებლები ნაჩვენებია ცხრილში 2. მაღალი ხარისხის გაზის სენსორების საერთო დიზაინის კონცეფცია განხილულია Yamazoe-ს მიერ შემოთავაზებული სამი ძირითადი ფაქტორის ანალიზით.MOS ჰეტეროსტრუქტურის სენსორების მექანიზმები გაზის სენსორებზე გავლენის ფაქტორების გასაგებად, MOS-ის სხვადასხვა პარამეტრი (მაგ. მარცვლების ზომა, სამუშაო ტემპერატურა, დეფექტი და ჟანგბადის სიმკვრივე, ღია ბროლის სიბრტყეები) საგულდაგულოდ იქნა შესწავლილი.მოწყობილობის სტრუქტურა, რომელიც ასევე კრიტიკულია სენსორის სენსორული ქცევისთვის, უგულებელყოფილია და იშვიათად განიხილება.ეს მიმოხილვა განიხილავს მექანიზმებს სამი ტიპიური ტიპის მოწყობილობის სტრუქტურის გამოსავლენად.
მარცვლების ზომის სტრუქტურა, დამზადების მეთოდი და სენსორული მასალის ჰეტეროკავშირების რაოდენობა I ტიპის სენსორში შეიძლება დიდად იმოქმედოს სენსორის მგრძნობელობაზე.გარდა ამისა, სენსორის ქცევაზე ასევე გავლენას ახდენს კომპონენტების მოლური თანაფარდობა.II ტიპის მოწყობილობის სტრუქტურები (დეკორატიული ჰეტერონანოსტრუქტურები, ორფენიანი ან მრავალშრიანი ფილმები, HSSN) არის ყველაზე პოპულარული მოწყობილობის სტრუქტურები, რომლებიც შედგება ორი ან მეტი კომპონენტისგან და მხოლოდ ერთი კომპონენტია დაკავშირებული ელექტროდთან.ამ მოწყობილობის სტრუქტურისთვის, გამტარი არხების ადგილმდებარეობის და მათი შედარებითი ცვლილებების განსაზღვრა კრიტიკულია აღქმის მექანიზმის შესწავლისას.იმის გამო, რომ II ტიპის მოწყობილობები მოიცავს მრავალ განსხვავებულ იერარქიულ ჰეტერონანოსტრუქტურას, შემოთავაზებულია მრავალი განსხვავებული სენსორული მექანიზმი.III ტიპის სენსორულ სტრუქტურაში გამტარ არხში დომინირებს ჰეტეროჯუნქციით წარმოქმნილი ჰეტეროჯუნქცია და აღქმის მექანიზმი სრულიად განსხვავებულია.აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია განისაზღვროს ჰეტეროკავშირის ბარიერის სიმაღლის ცვლილება სამიზნე აირის III ტიპის სენსორზე ზემოქმედების შემდეგ.ამ დიზაინით, შესაძლებელია დამზადდეს თვითმოძველებული ფოტოელექტრული გაზის სენსორები ენერგიის მოხმარების შესამცირებლად.თუმცა, იმის გამო, რომ წარმოების მიმდინარე პროცესი საკმაოდ რთულია და მგრძნობელობა გაცილებით დაბალია, ვიდრე ტრადიციული MOS-ზე დაფუძნებული ქიმიორეზისტენტული გაზის სენსორები, ჯერ კიდევ ბევრი პროგრესია თვითმმართველობითი გაზის სენსორების კვლევაში.
გაზის MOS სენსორების მთავარი უპირატესობა იერარქიული ჰეტერონანოსტრუქტურებით არის სიჩქარე და მაღალი მგრძნობელობა.თუმცა, MOS გაზის სენსორების ზოგიერთი ძირითადი პრობლემა (მაგ. მაღალი სამუშაო ტემპერატურა, გრძელვადიანი სტაბილურობა, ცუდი სელექციურობა და გამეორება, ტენიანობის ეფექტი და ა.შ.) ჯერ კიდევ არსებობს და საჭიროა მათი მოგვარება პრაქტიკულ პროგრამებში გამოყენებამდე.თანამედროვე MOS გაზის სენსორები, როგორც წესი, მუშაობენ მაღალ ტემპერატურაზე და მოიხმარენ დიდ ენერგიას, რაც გავლენას ახდენს სენსორის გრძელვადიან სტაბილურობაზე.ამ პრობლემის გადასაჭრელად ორი საერთო მიდგომა არსებობს: (1) დაბალი სიმძლავრის სენსორების ჩიპების შემუშავება;(2) ახალი მგრძნობიარე მასალების შემუშავება, რომელსაც შეუძლია იმოქმედოს დაბალ ტემპერატურაზე ან თუნდაც ოთახის ტემპერატურაზე.დაბალი სიმძლავრის სენსორების ჩიპების შემუშავების ერთ-ერთი მიდგომაა სენსორის ზომის შემცირება კერამიკასა და სილიკონზე დაფუძნებული მიკროგამათბობელი ფირფიტების დამზადებით163.კერამიკულზე დაფუძნებული მიკრო გამაცხელებელი ფირფიტები მოიხმარენ დაახლოებით 50-70 მვ-ს თითო სენსორზე, ხოლო ოპტიმიზირებული სილიკონის დაფუძნებული მიკრო გამაცხელებელი ფირფიტები შეიძლება მოიხმარენ სულ მცირე 2 მვტ-ს თითო სენსორზე, როდესაც უწყვეტად მუშაობენ 300 °C-ზე 163,164.ახალი სენსორული მასალების შემუშავება ეფექტური გზაა ენერგიის მოხმარების შესამცირებლად სამუშაო ტემპერატურის შემცირებით და ასევე შეუძლია გააუმჯობესოს სენსორის სტაბილურობა.რამდენადაც MOS-ის ზომა გრძელდება სენსორის მგრძნობელობის გაზრდის მიზნით, MOS-ის თერმული სტაბილურობა უფრო გამოწვევა ხდება, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სენსორის სიგნალის დრიფტი165.გარდა ამისა, მაღალი ტემპერატურა ხელს უწყობს მასალების დიფუზიას ჰეტეროინტერფეისზე და შერეული ფაზების წარმოქმნას, რაც გავლენას ახდენს სენსორის ელექტრონულ თვისებებზე.მკვლევარები აცხადებენ, რომ სენსორის ოპტიმალური სამუშაო ტემპერატურა შეიძლება შემცირდეს შესაბამისი სენსორული მასალების შერჩევით და MOS ჰეტერონანოსტრუქტურების შემუშავებით.მაღალი კრისტალური MOS ჰეტერონანოსტრუქტურების დაბალტემპერატურული მეთოდის ძიება სტაბილურობის გაუმჯობესების კიდევ ერთი პერსპექტიული მიდგომაა.
MOS სენსორების სელექციურობა კიდევ ერთი პრაქტიკული საკითხია, რადგან სხვადასხვა აირები თანაარსებობენ სამიზნე აირთან, ხოლო MOS სენსორები ხშირად მგრძნობიარეა ერთზე მეტ გაზზე და ხშირად ავლენენ ჯვარედინი მგრძნობელობას.ამიტომ, სენსორის სელექციურობის გაზრდა სამიზნე აირზე, ისევე როგორც სხვა აირებზე, გადამწყვეტია პრაქტიკული გამოყენებისთვის.ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, არჩევანი ნაწილობრივ გათავისუფლდა გაზის სენსორების მასივების აგებით, სახელწოდებით "ელექტრონული ცხვირი (E-nose)" გამოთვლითი ანალიზის ალგორითმებთან ერთად, როგორიცაა სასწავლო ვექტორის კვანტიზაცია (LVQ), ძირითადი კომპონენტების ანალიზი (PCA). და ა.შ. ე.სექსუალური პრობლემები.ნაწილობრივი უმცირესი კვადრატები (PLS) და ა.შ. 31, 32, 33, 34. ორი ძირითადი ფაქტორი (სენსორების რაოდენობა, რომლებიც მჭიდროდ არის დაკავშირებული სენსორული მასალის ტიპთან და გამოთვლითი ანალიზი) გადამწყვეტია ელექტრონული ცხვირის უნარის გასაუმჯობესებლად. გაზების იდენტიფიცირება169.თუმცა, სენსორების რაოდენობის გაზრდა ჩვეულებრივ მოითხოვს მრავალ რთულ წარმოების პროცესს, ამიტომ მნიშვნელოვანია მარტივი მეთოდის პოვნა ელექტრონული ცხვირების მუშაობის გასაუმჯობესებლად.გარდა ამისა, MOS-ის შეცვლამ სხვა მასალებთან ერთად შეიძლება ასევე გაზარდოს სენსორის სელექციურობა.მაგალითად, H2-ის სელექციური გამოვლენა შესაძლებელია NP Pd-ით მოდიფიცირებული MOS-ის კარგი კატალიზური აქტივობის გამო.ბოლო წლების განმავლობაში, ზოგიერთმა მკვლევარმა დაფარა MOS MOF ზედაპირი, რათა გააუმჯობესოს სენსორის სელექციურობა ზომის გამორიცხვის გზით171,172.ამ ნაშრომით შთაგონებულმა, მასალის ფუნქციონალიზაციამ შესაძლოა როგორმე გადაჭრას სელექციურობის პრობლემა.თუმცა, სწორი მასალის არჩევისას ჯერ კიდევ ბევრია სამუშაო.
იგივე პირობებში და მეთოდებში წარმოებული სენსორების მახასიათებლების განმეორებადობა კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მოთხოვნაა ფართომასშტაბიანი წარმოებისა და პრაქტიკული გამოყენებისთვის.როგორც წესი, ცენტრიფუგაციისა და ჩაძირვის მეთოდები არის დაბალი ფასის მეთოდები მაღალი გამტარუნარიანობის გაზის სენსორების შესაქმნელად.თუმცა, ამ პროცესების დროს, მგრძნობიარე მასალა მიდრეკილია აგრეგაციისკენ და მიმართება მგრძნობიარე მასალასა და სუბსტრატს შორის სუსტი ხდება68, 138, 168. შედეგად, სენსორის მგრძნობელობა და სტაბილურობა მნიშვნელოვნად უარესდება და შესრულება ხდება გამეორებადი.დამზადების სხვა მეთოდები, როგორიცაა დაფქვა, ALD, იმპულსური ლაზერული დეპონირება (PLD) და ფიზიკური ორთქლის დეპონირება (PVD) საშუალებას იძლევა ორფენიანი ან მრავალშრიანი MOS ფილმების დამზადება პირდაპირ შაბლონურ სილიკონის ან ალუმინის სუბსტრატებზე.ეს ტექნიკა თავიდან აიცილებს მგრძნობიარე მასალების დაგროვებას, უზრუნველყოფს სენსორის განმეორებადობას და ასახავს პლანშეტური თხელი ფენის სენსორების ფართომასშტაბიანი წარმოების შესაძლებლობას.თუმცა, ამ ბრტყელი ფილმების მგრძნობელობა ზოგადად გაცილებით დაბალია, ვიდრე 3D ნანოსტრუქტურული მასალების მგრძნობელობა მათი მცირე სპეციფიური ზედაპირისა და დაბალი გაზის გამტარიანობის გამო41,174.ახალი სტრატეგიები მზარდი MOS ჰეტერონანოსტრუქტურების კონკრეტულ ადგილებში სტრუქტურირებულ მიკრომასივებზე და ზუსტად აკონტროლებს მგრძნობიარე მასალების ზომას, სისქეს და მორფოლოგიას, გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს ვაფლის დონის სენსორების დაბალი ფასის წარმოებისთვის მაღალი გამეორებადობისა და მგრძნობელობის მქონე.მაგალითად, ლიუ და სხვ.174-მა შემოგვთავაზა კომბინირებული ზემოდან ქვემოდან და ქვემოდან ზევით სტრატეგია მაღალი გამტარუნარიანობის კრისტალიტების წარმოებისთვის კონკრეტულ ადგილას Ni(OH)2 ნანოკედლების გაშენებით..ვაფლი მიკროსაწვავებისთვის.
გარდა ამისა, ასევე მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ ტენიანობის გავლენა სენსორზე პრაქტიკულ პროგრამებში.წყლის მოლეკულებს შეუძლიათ კონკურენცია გაუწიონ ჟანგბადის მოლეკულებს სენსორულ მასალებში ადსორბციის ადგილებისთვის და იმოქმედონ სენსორის პასუხისმგებლობაზე სამიზნე აირზე.ჟანგბადის მსგავსად, წყალი მოქმედებს როგორც მოლეკულა ფიზიკური სორბციის გზით და ასევე შეიძლება არსებობდეს ჰიდროქსილის რადიკალების ან ჰიდროქსილის ჯგუფების სახით სხვადასხვა დაჟანგვის სადგურებზე ქიმისორბციის გზით.გარდა ამისა, გარემოს მაღალი დონის და ცვალებადი ტენიანობის გამო, სენსორის საიმედო რეაქცია სამიზნე გაზზე დიდ პრობლემას წარმოადგენს.ამ პრობლემის გადასაჭრელად შემუშავებულია რამდენიმე სტრატეგია, როგორიცაა გაზის წინასწარი კონცენტრაცია177, ტენიანობის კომპენსაცია და ჯვარედინი რეაქტიული გისოსების მეთოდები178, ასევე გაშრობის მეთოდები179,180.თუმცა, ეს მეთოდები ძვირია, რთული და ამცირებს სენსორის მგრძნობელობას.შემოთავაზებულია რამდენიმე იაფი სტრატეგია ტენიანობის ეფექტის აღსაკვეთად.მაგალითად, SnO2-ის Pd ნანონაწილაკებით გაფორმებამ შეიძლება ხელი შეუწყოს ადსორბირებული ჟანგბადის ანიონურ ნაწილაკებად გარდაქმნას, ხოლო SnO2-ის ფუნქციონირება წყლის მოლეკულებთან მაღალი მიდრეკილების მქონე მასალებით, როგორიცაა NiO და CuO, ორი გზაა წყლის მოლეკულებზე ტენიანობის დამოკიდებულების თავიდან ასაცილებლად..სენსორები 181, 182, 183. გარდა ამისა, ტენიანობის ეფექტი ასევე შეიძლება შემცირდეს ჰიდროფობიური მასალების გამოყენებით ჰიდროფობიური ზედაპირების შესაქმნელად36,138,184,185.თუმცა, ტენიანობის რეზისტენტული გაზის სენსორების შემუშავება ჯერ კიდევ ადრეულ ეტაპზეა და ამ საკითხების გადასაჭრელად საჭიროა უფრო მოწინავე სტრატეგიები.
დასასრულს, აღმოჩენის მუშაობის გაუმჯობესება (მაგ. მგრძნობელობა, სელექციურობა, დაბალი ოპტიმალური სამუშაო ტემპერატურა) მიღწეულია MOS ჰეტერონანოსტრუქტურების შექმნით და შემოთავაზებულია სხვადასხვა გაუმჯობესებული გამოვლენის მექანიზმები.კონკრეტული სენსორის სენსორული მექანიზმის შესწავლისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული მოწყობილობის გეომეტრიული სტრუქტურაც.საჭირო იქნება ახალი სენსორული მასალების კვლევა და მოწინავე წარმოების სტრატეგიების კვლევა გაზის სენსორების მუშაობის შემდგომი გასაუმჯობესებლად და მომავალში დარჩენილი გამოწვევების გადასაჭრელად.სენსორის მახასიათებლების კონტროლირებადი რეგულირებისთვის აუცილებელია სისტემატურად ჩამოყალიბდეს კავშირი სენსორული მასალების სინთეზურ მეთოდსა და ჰეტერონანოსტრუქტურების ფუნქციას შორის.გარდა ამისა, ზედაპირული რეაქციების და ჰეტეროინტერფეისების ცვლილებების შესწავლა თანამედროვე დახასიათების მეთოდების გამოყენებით შეიძლება დაეხმაროს მათი აღქმის მექანიზმების გარკვევას და რეკომენდაციების მიწოდებას ჰეტერონანოსტრუქტურულ მასალებზე დაფუძნებული სენსორების შემუშავებისთვის.და ბოლოს, სენსორების დამზადების თანამედროვე სტრატეგიების შესწავლამ შეიძლება დაუშვას ვაფლის დონეზე მინიატურული გაზის სენსორების დამზადება მათი სამრეწველო აპლიკაციებისთვის.
გენზელი, NN და სხვ.შიდა აზოტის დიოქსიდის დონისა და რესპირატორული სიმპტომების გრძივი შესწავლა ქალაქებში ასთმის მქონე ბავშვებში.სამეზობლო.ჯანმრთელობის პერსპექტივა.116, 1428–1432 (2008).