Een geïntegreerd detectorapparaat zou de basis kunnen vormen van een gedistribueerd luchtkwaliteitssensornetwerk.

Het ontwerp voor een elektronische sensor die alarm slaat als giftige industriële en voertuiguitlaatgassen de veilige niveaus overschrijden, zou in veel steden kunnen leiden tot schonere lucht. KAUST-onderzoekers hebben een kleine, goedkoop apparaat dat stikstofdioxide (NO ₂ ); het zou kunnen worden ingezet in potentiële hotspots rond steden, autoriteiten waarschuwen als de niveaus van het schadelijke gas beginnen te pieken.

Meest bestaande NEE ₂ detectoren zijn groot, complexe machines geschikt voor laboratoriumgebruik, terwijl het compacte nieuwe apparaat is ontworpen om deel uit te maken van een gedistribueerd netwerk van luchtkwaliteitssensoren. "Onze sensor vertoont een zeer hoge gevoeligheid en selectiviteit voor NO ₂ , werkt bij kamertemperatuur en heeft een zeer laag stroomverbruik, " zegt Mani Vijjapu, een doctoraat student in het laboratorium van Khaled Salama, die het onderzoek leidde.

Echter, het grootste voordeel ten opzichte van eerdere ontwerpen is dat de gasdetector alle benodigde detectie- en signaalverwerkingscomponenten samenbrengt in een eenvoudig, volledig geïntegreerd systeem, zegt Vijjapu. Ondanks zijn eenvoud, het uitgangssignaal van het apparaat varieert afhankelijk van NO ₂ concentratie.

De hoge prestaties van de gasdetector, laag stroomverbruik en volledig geïntegreerd ontwerp komen allemaal voort uit de NO ₂ -gevoelige dunne-filmtransistor in de kern van het apparaat. Eerdere sensoren hebben metaaloxiden gebruikt die gevoelig zijn voor NO ₂ alleen bij verwarming of continue bestraling met licht. Deze keer, het team gebruikte een halfgeleider genaamd indium gallium zinkoxide (IGZO). "Als gassensor, de op IGZO gebaseerde dunne-filmtransistor heeft veelzijdige voordelen, " zegt Sandeep Surya, een postdoctoraal onderzoeker in Salama's team.

De IGZO-dunne-filmtransistor fungeert als zowel een elektronische component van het apparaat als ook als de NO ₂ -gevoelige laag. Het sterk elektronen-accepterende NO ₂ molecuul wordt aangetrokken door de elektronen op het oppervlak van de transistor. Hoe meer NEE ₂ moleculen die aan de IGZO hechten, hoe meer elektronen van het oppervlak zijn uitgeput, het wijzigen van de elektronische uitgang en het activeren van een NO ₂ detectie waarschuwing.

Na een detectiegebeurtenis, de sensor wordt gereset door de IGZO-laag nieuw leven in te blazen met het licht van een geïntegreerde blauwe LED. Net als bij een zonnecel, het licht genereert negatief geladen elektronen en positief geladen gaten in de IGZO, die de geadsorbeerde NO . neutraliseert ₂ en laat het los van het oppervlak. "Dit is de eerste studie die detectie en revival van een op halfgeleidende metaaloxide gebaseerde dunne-filmtransistorsensor bij kamertemperatuur bereikt, ' zegt Surya.

"De volgende stap is om ons onderzoek te vertalen naar een prototype en misschien zelfs een product door samen te werken met de industrie, " zegt Salama. "We zijn ook geïnteresseerd in het verkennen van andere materialen om andere gevaarlijke gassen in de omgeving te detecteren."