MoS2-basierter optoelektronischer Gassensor mit einer Nachweisgrenze von Sub-Teilen pro Milliarde für die NO2-Gasdetektion

Die Beleuchtung mit rotem Licht, dessen Photonenergie mit der direkten Bandlücke von chemisch dampfablagierten monolayer MoS2 mit Au-Metallelektroden übereinstimmt, wurde verwendet, um einen Fotostrom zu induzieren, der anstelle des Dunkelstroms für die NO2-Gasdetektion verwendet wurde. Der resultierende Au/MoS2/Au optoelektronische Gassensor zeigte eine signifikante Verbesserung der Gerätesensitivität S gegenüber der ppb-Ebene der NO2-Gasexposition, die S = 4.9%/ppb (4900%/ppm) erreichte, wobei S die Steigung der Abhängigkeit der relativen Änderung des Sensors widerstandes von der NO2-Konzentration ist. Eine weitere Optimierung des MoS2-basierten optoelektronischen Gassensors durch die Verwendung von Graphen (Gr) mit einer Arbeitsspannung, die niedriger ist als die von Au, für die elektrischen Kontakte zum MoS2-Kanal ermöglichte eine Erhöhung des Fotostroms. Die Nachweisgrenze für NO2-Gas auf dem Niveau von 0,1 ppb wurde für den MoS2-Kanal mit graphenelektroden, die mit Au beschichtet waren, erreicht. Dieser Wert wurde unter Verwendung experimentell erhaltener Sensitivitäts- und Rauschwerte berechnet und übersteigt die Anforderungen der US-Umweltschutzbehörde für die NO2-Gasdetektion auf ppb-Ebene.