Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Можаров Я. М., Митин Д. М., Павлов А. В., Воробьёв А. А., Можаров А. М., Федоров В. В., Харитонова В. В., Мухин И. С. Численное моделирование газочувствительности нитевидных нанокристаллов GaAs, InAs и GaP с учётом поверхностных состояний // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2026. Т. 26, вып. 3. С. 346-356. DOI: 10.18500/1817-3020-2026-26-3-346-356, EDN: OGPIIC

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.09.2026
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 14)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.315.592
EDN: 
OGPIIC

Численное моделирование газочувствительности нитевидных нанокристаллов GaAs, InAs и GaP с учётом поверхностных состояний

Авторы: 
Можаров Ярослав Михайлович, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Митин Дмитрий Михайлович, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук
Павлов Александр Валерьевич, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук
Воробьёв Александр Андреевич, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук
Можаров Алексей Михайлович, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук
Федоров Владимир Викторович, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук
Харитонова Варвара Васильевна, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук
Мухин Иван Сергеевич, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук
Аннотация: 

Проведено численное моделирование газочувствительности одиночных нитевидных нанокристаллов на основе соединений полупроводниковых материалов GaAs, InAs и GaP с различными типами проводимости, диаметрами от 50 до 200 нм и широким диапазоном степеней легирования при комнатной температуре. Разработана двумерная аксимметричная модель, реализованная в пакете COMSOL Multiphysics с явным учетом поверхностных состояний на боковой поверхности нанокристалла. Влияние газовой среды описано безразмерным параметром, характеризующим относительное изменение концентрации поверхностных состояний и соответствующего поверхностного заряда. На основе расчетов построены карты зависимости газовой чувствительности и сопротивления нанокристалла от степени легирования, диаметра и параметра воздействия газа. Показано, что максимальная газовая чувствительность достигается в диапазонах легирования, где проводимость нанокристалла существенно определяется поверхностным зарядом, а сопротивление остается в пределах, удобных для электрических измерений. Выделены оптимальные режимы работы сенсоров на основе нитевидных нанокристаллов GaAs, InAs и GaP для одиночных измерительных структур. Обсуждаются возможности использования полученных результатов при проектировании гибридных газочувствительных устройств.

Благодарности: 
Работы по численному моделированию газовой чувствительности выполнены при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-79-10245). Подготовка теоретической модели заселенности поверхностных состояний проведена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (Государственное задание FSEG-2024-0017, FSRM-2026-0035).
Список источников: 
  1. Varghese S. S., Lonkar S., Singh K. K., Swaminathan S., Abdala A. Recent advances in graphene based gas sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 2015, vol. 218, pp. 160–183. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.04.062
  2. Degler D., Weimar U., Barsan N. Current understanding of the fundamental mechanisms of doped and loaded semiconducting metal-oxide-based gas sensing materials. CS Sensors, 2019, vol. 4, iss. 9, pp. 2228–2249. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00975
  3. Rai A., Lal R. Chemical gas sensors based on nanowires. Available at: https://www.researchgate.net/publication/1921687_Chemical_Gas_Sensors_Based_On_Nanowires (accessed July 17, 2926)
  4. Kolmakov A., Moskovits M. Chemical sensing and catalysis by one-dimensional metal-oxide nanostructures. Annual Review of Materials Research, 2004, vol. 34, pp. 151–180. https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.34.040203.112141
  5. Shkir M. Development of a smart ammonia gas sensor based on Ce-doped CdSe thin films. Optical Materials, 2025, vol. 167, art. 117254. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2025.117254
  6. Du J., Liang D., Tang H., Gao X. P. A. InAs nanowire transistors as gas sensor and the response mechanism. Nano Letters, 2009, vol. 9, iss. 12, pp. 4348–4351. https://doi.org/10.1021/nl902611f
  7. Offermans P., Crego-Calama M., Brongersma S. H. Gas detection with vertical InAs nanowire arrays. Nano Letters, 2010, vol. 10, iss. 7, pp. 2412–2415. https://doi.org/10.1021/nl1005405
  8. Demontis V., Rocci M., Donarelli M., Maiti R., Zannier V., Beltram F., Sorba L., Roddaro S. Conductometric sensing with individual InAs nanowires. Sensors, 2019, vol. 19, iss. 13, art. 2994. https://doi.org/10.3390/s19132994
  9. Baratto C., Musaev E., Demontis V., Luin S., Zannier V., Sorba L., Faglia G., Rovati L., Rossella F. InAs nanowirebased twin electrical sensors enabling simultaneous gas detection measurements: Nanodevice engineering, testing and signal fluctuation analysis. ACS Applied Nano Materials, 2025, vol. 8, iss. 20, pp. 10275–10286. https://doi.org/10.1021/acsanm.4c07238
  10. Wei Sh., Li Z., Karawdeniya B. I., Chen C., Tan H. H., Jagadish C., Qiu L., Fu L. III–V compound semiconductor nanowire arrays for sensor applications: A review. ACS Sensors, 2025, vol. 10, iss. 8, pp. 5339–5362. https://doi.org/10.1021/acssensors.5c00526
  11. Comini E. Integration of metal oxide nanowires in flexible gas sensing devices. Sensors, 2013, vol. 13, iss. 8, pp. 10659–10673. https://doi.org/10.3390/s130810659
  12. Wei S., Li Z., John A., Karawdeniya B. I., Li Z., Zhang F., Vora K., Tan H. H., Jagadish C., Murugappan K., Tricoli A., Fu L. Semiconductor nanowire arrays for highperformance miniaturized chemical sensing. Advanced Functional Materials, 2022, vol. 32, iss. 5, art. 2107596. https://doi.org/10.1002/adfm.202107596
  13. Adachi S. Properties of Group-IV, III–V and II–VI Semiconductors. John Wiley & Sons, 2005. 416 p. https://doi.org/10.1002/0470090340
  14. NSM Archive Physical Properties of Semiconductors. Available at: https://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/ (accessed May 26, 2026).
Поступила в редакцию: 
30.04.2026
Принята к публикации: 
17.06.2026
Опубликована: 
30.09.2026