Создан первый в мире газовый сенсор на основе графена

Компания Fujitsu Laboratories объявила об успешной разработке чрезвычайно чувствительного газового сенсора, использующего преимущества графена. Ожидается, что технология позволит проводить мониторинг качества воздуха в режиме реального времени, в то время как в настоящий момент этот процесс может растягиваться до нескольких часов в зависимости от исследуемых газов. Подробности разработки компания представит на Международной конференции по электронным приборам (IEEE International Electron Devices Meeting) в Сан-Франциско.

Анализ газовых примесей является актуальной задачей во многих областях, начиная от изучения атмосферных загрязнений до определения болезней человека по исследованию выдыхаемого воздуха. Современные полупроводниковые анализаторы работают на уровне нескольких частей на миллион, что ограничивает круг возможных задач. Существуют методы чрезвычайно точной оценки, такие как газовая хроматография, но они требуют громоздкого оборудования и занимают много времени.

Японская компания создала сенсор, в котором однослойный графен заменяет стандартный затвор кремниевого транзистора. Когда молекула газа прилипает к графену, то это меняет работу выхода (минимальную энергию, которую необходимо сообщить электрону для удаления из твердого вещества), соответственно существенно изменяя характеристики транзистора. При отсоединении молекулы прибор возвращается в исходное состояние. Проведенные исследования показали, что сенсор чувствителен только для некоторых газов: прибор способен регистрировать несколько десятков частей на миллиард аммиака и менее чем одну часть на миллиард двуокиси азота. Эти параметры более чем в 10 раз лучше, чем у современных сенсоров, основанных на изменении проводимости графена, а также коммерчески доступных анализаторов, точность которых хуже, чем 10 частей на миллиард для двуокиси азота.

Таким образом, разработанный сенсор является компактным, превосходящим по рабочим характеристикам аналоги и обладает важным преимуществом — его работа не основана на химических реакциях, поэтому для возвращения в исходное положение достаточно нагрева. Для его работы не нужно дополнительное оборудование и он заведомо способен регистрировать концентрации двуокиси азота в 40-60 частей на миллиард, которые являются признаком загрязнения.