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開發一種由納米線陣列制成的氣體傳感器

2023年01月29日 11:24 MEMS 作者: 用戶評論(0

據麥姆斯咨詢報道,澳大利亞國立大學(Australian National University)的研究人員開發出了一種由納米線陣列制成的氣體傳感器,憑借小尺寸很容易集成到硅芯片中。并且,據論文主要作者Shiyu Wei介紹,這款傳感器不需要電源,能夠通過太陽能為自己供電。

Wei補充稱:“將這樣的器件集成到物聯網傳感器網絡中,其低功耗在系統規模和成本方面提供了巨大的優勢。這種傳感器還可以安裝在汽車里,如果檢測到尾氣中排放的二氧化氮(NO2)超標,能夠發出警報并將信息發送至手機?!?/p>

該論文共同主要作者Zhe Li博士說:“這款傳感器還只是一個開始。該技術還可以檢測其他氣體,如丙酮。丙酮可以作為酮癥(包括糖尿病酮癥)的非侵入性呼吸測試,這可以挽救無數人的生命。”

現有的氣體探測器通常體積大、速度慢,并且需要訓練有素的操作人員。相比之下,研究人員開發的這種自供電氣體傳感器可以在沒有電源的情況下,實現對1 ppm NO2的84%感測響應,并記錄了低至亞ppb濃度水平的檢測極限。并且,該傳感器對入射光強度的依賴較小,即使在小于5%的太陽光照下也可以運行。

NO2是氮氧化物類污染物之一。它不僅會導致酸雨,而且即使在濃度很小的情況下,也會對人體造成危害。NO2是常見的汽車排放污染物,室內煤氣灶也會產生NO2。

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該器件的關鍵是一個PN結——太陽能電池引擎——位于基底上的納米線(直徑約100納米、高3~4微米的微型六邊形柱)。該傳感器包含了由數千個間隔約600納米的納米線太陽能電池組成的有序陣列。

整個器件由磷化銦(InP)制成,基底摻雜鋅以形成P型區,納米線尖端的N型區摻雜硅。每個納米線的中間部分是未摻雜的(本征部分,I),將P和N型區分開。

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照射在器件上的光會導致微電流在P和N型區之間流動。當PN結的本征中間部分接觸到NO2(一種會吸走電子的強氧化劑),會導致電流下降。

利用這種電流變化,可以實現空氣中NO2濃度的檢測。澳大利亞國立大學電子材料工程系博士后Zhe Li經過數值模擬表明,PN結的設計和制造對于信號最大化至關重要。

NO2的特性——強吸附、強氧化——使磷化銦很容易將其與其他氣體區分開來。該傳感器還可以進一步優化,通過使磷化銦納米線表面功能化以檢測其他氣體。

研究團隊負責人Lan Fu教授表示:“最終目標是在一顆微芯片上感測多種氣體。除了環境污染物,這些傳感器還可以用于醫療保健,例如疾病生物標志物的呼吸測試等。這種微型氣體傳感器易于集成和擴展。與超構光學元件相結合,有望實現具有高性能和多功能的多路復用傳感器,適用于智能傳感網絡。”

Lan Fu教授補充說:“我們開發的技術有望在未來幾年改變我們的社會和生活,大規模部署這種智能物聯網技術,進行實時數據采集和自動響應,可用于空氣污染監測、工業化學品危害檢測、智慧城市以及個人醫療保健等領域?!?/p>





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