當(dāng)今，隨著經(jīng)濟(jì)水平的快速提升和工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，二氧化氮(NO2)等有毒氣體的排放量正不斷提升。因此，研發(fā)一款能夠檢測(cè)二氧化氮等有害氣體的傳感器十分重要。

集成的探測(cè)器設(shè)備可以構(gòu)成分布式空氣質(zhì)量傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

如果有毒的工業(yè)廢氣和車輛廢氣超過(guò)安全水平，則電子傳感器的設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)出警報(bào)，這會(huì)在許多城市中帶來(lái)更清潔的空氣。阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(KAUST)的研究人員開發(fā)出一種小型的低成本設(shè)備，可以感應(yīng)二氧化氮(NO2)。它可以部署在城市周圍的潛在重點(diǎn)地區(qū)，并警告有害氣體含量是否開始飆升。

現(xiàn)有的大多數(shù)NO2檢測(cè)器都是大型，復(fù)雜的設(shè)備，適合實(shí)驗(yàn)室使用，而緊湊的新設(shè)備旨在構(gòu)成空氣質(zhì)量傳感器分布式網(wǎng)絡(luò)的一部分?！拔覀兊膫鞲衅鲗?duì)NO2表現(xiàn)出非常高的靈敏度和選擇性，在室溫下工作并且具有非常低的功耗，”領(lǐng)導(dǎo)該研究的Khaled Salama實(shí)驗(yàn)室的Mani Vijjapu博士說(shuō)。

但是，與以前的設(shè)計(jì)相比，最大的優(yōu)勢(shì)在于，氣體檢測(cè)器將所有必要的傳感和信號(hào)處理組件集中在一個(gè)簡(jiǎn)單的完全集成的系統(tǒng)中，盡管簡(jiǎn)單，該設(shè)備的輸出信號(hào)仍根據(jù)NO2濃度而變化。

氣體檢測(cè)儀的高性能，低功耗和完全集成的設(shè)計(jì)全都來(lái)自設(shè)備核心處的NO2感應(yīng)薄膜晶體管。以前的傳感器使用的金屬氧化物只有在加熱或連續(xù)照射光時(shí)才對(duì)NO2敏感。這次，該團(tuán)隊(duì)使用了一種稱為銦鎵鋅氧化物(IGZO)的半導(dǎo)體。Salama團(tuán)隊(duì)的博士后研究員Sandeep Surya說(shuō)：“作為一種氣體傳感器，基于IGZO的薄膜晶體管具有諸多好處。

IGZO薄膜晶體管既充當(dāng)設(shè)備的電子組件，又充當(dāng)NO 2感應(yīng)層。電子接受性強(qiáng)的NO2分子被吸引到晶體管表面的電子上。附著在IGZO上的NO2分子越多，從其表面消耗的電子就越多，從而改變其電子輸出并觸發(fā)NO2檢測(cè)警報(bào)。

檢測(cè)之后，通過(guò)使用集成的藍(lán)色LED發(fā)出的光來(lái)恢復(fù)IGZO層，從而重置傳感器。與太陽(yáng)能電池類似，光在IGZO中產(chǎn)生帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴，該空穴將吸附的NO2中和并從表面釋放出來(lái)。Surya說(shuō)：“這是在室溫下實(shí)現(xiàn)基于半導(dǎo)體金屬氧化物的薄膜晶體管傳感器的傳感和復(fù)興的研究?！?

Salama說(shuō)：“下一步是通過(guò)與企業(yè)合作，將我們的研究成果轉(zhuǎn)化為原型機(jī)甚至是產(chǎn)品。我們也有興趣探索其他材料以檢測(cè)環(huán)境中的其他有害氣體?！?