DOI: 10.1021/acsami.0c12259
提高基于FETs（場效應晶體管）的氣體傳感器的可靠性和靈敏度已成為當前實際應用中廣泛關注的問題。然而，關于采用靜電紡絲工藝制備納米纖維FETs氣體傳感器的報道卻很少。在這項工作中，采用簡單快速的靜電紡絲法制備了基于Yb摻雜In2O3（InYbO）納米纖維FETs的乙醇氣體傳感器。摻雜濃度為4mol％的In2O3納米纖維FETs顯示出較好的電性能，其遷移率高達6.67cm2/Vs，閾值電壓為3.27V，開/關電流比為107，尤其是偏壓應力穩定性得到了增強。當用于乙醇氣體傳感器時，該氣體傳感器表現出更高的穩定性和靈敏度，具有40至10ppm的高響應性，這比先前報道的乙醇氣體傳感器要高得多。此外，InYbO納米纖維FETs傳感器還顯示出1ppm的低檢測限和改善的傳感性能，包括靈敏度和選擇性。本工作為利用電紡Yb-In2O3納米纖維FETs實現高靈敏度、高選擇性、高可靠性的乙醇氣體傳感器開辟了新的道路。
圖1.（a）和（c）電紡InYb4％O納米纖維的SEM圖像。（b）和（d）在500℃退火2小時后InYb4％O納米纖維的SEM圖像。（e）具有不同摻雜濃度的InYbO納米纖維的GIXRD圖譜。（f）0和6mol％Yb摻雜In2O3納米纖維的O 1s XPS光譜。
圖2.（a）4mol％Yb摻雜In2O3納米纖維FETs的輸出曲線。（b）不同濃度（VD=20V）的InYbO納米纖維FETs的轉移曲線。（c）電參數μ、VTHIon/Ioff和SS與InYbO納米纖維FETs中不同Yb摻雜量的函數關系。（d）基于20個器件的InYb4％O納米纖維FETs的轉移曲線。InYb4％O納米纖維FETs的對應（e）μ和（f）VTH分布。
圖3.Yb摻雜量分別為（a）0、（b）2、（c）4和（d）6mol％時，在PBS下60分鐘的穩定性。每個圖像都給出VTH的總變化。
圖4.（a）0、（b）10和（c）50ppm下InYb4％O納米纖維FETs的轉移特性變化。（d）VTH和ID隨曝光時間的變化。（e）InYb4％O納米纖維FETs在不同氣體濃度下的I-V特性。（f）從（e）中提取的電阻隨氣體濃度的變化而變化。
圖5.（a）InYb4％O納米纖維FETs和（b）電阻型傳感器（VG=4V和VD=20V）的動態響應行為，（c）InYb4％O納米纖維FETs和電阻型納米纖維傳感器的響應值比較，（d）不同Yb摻雜濃度的納米纖維FETs氣體傳感器的響應。
圖6.（a）FETs納米纖維傳感器對10ppm乙醇氣體、乙二醇氣體、丙酮氣體、二甲苯氣體和甲苯氣體的動態響應行為，以及（b）傳感器的相應響應值（VG=4V和VD=20V）。（c）InYb4％O納米纖維FETs傳感器在1-50ppm氣體濃度下的響應時間和恢復時間。（d）InYb4％O納米纖維FETs傳感器在重復開/關以及低氣體濃度（1ppm）下進行四個循環（VG=4V和VD=20V）的傳感性能。（e）log（S-1）-log（C）圖與乙醇氣體的線性關系。（f）InYb4％O納米纖維FETs氣體傳感器對10ppm乙醇氣體的響應隨工作溫度的變化。
圖7.InYbO納米纖維FETs傳感器的乙醇氣體傳感機理示意圖。
圖8.InYb4％O納米纖維FETs對（a）0、（b）10和（c）50ppm乙醇的C-V曲線。（d）磁滯和Nt的變化與氣體濃度（0-50ppm）的函數關系。
