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
Численное моделирование газочувствительности нитевидных нанокристаллов GaAs, InAs и GaP с учётом поверхностных состояний
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.
- 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
- 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
- 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)
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Adachi S. Properties of Group-IV, III–V and II–VI Semiconductors. John Wiley & Sons, 2005. 416 p. https://doi.org/10.1002/0470090340
- NSM Archive Physical Properties of Semiconductors. Available at: https://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/ (accessed May 26, 2026).
- 75 просмотров