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Amplificación del rendimiento de detección de amoníaco a través de la modulación de la portadora inducida por la puerta en Cur

Apr 26, 2023

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8159 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

Las actividades humanas e industriales descontroladas conducen al aumento de la demanda de sensores de gas selectivos para la detección de gases venenosos en nuestro entorno. Los sensores de gas resistivos convencionales tienen una sensibilidad predeterminada y poca selectividad entre los gases. Este documento demuestra el transistor de efecto de campo de seda de óxido de grafeno reducido en curcumina para la detección selectiva y sensible de amoníaco en el aire. La capa de detección se caracterizó por difracción de rayos X, FESEM y HRTEM para confirmar sus características estructurales y morfológicas. Se llevó a cabo espectroscopia Raman, espectroscopia infrarroja transformada de Fourier y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X para analizar los restos funcionales presentes en la capa de detección. El óxido de grafeno reducido con curcumina introduce suficientes grupos hidroxilo en la capa de detección para proporcionar un alto grado de selectividad hacia los vapores de amoníaco. El rendimiento del dispositivo sensor se evaluó con voltaje de puerta positivo, negativo y cero. La modulación del portador en el canal a través de la electrostática de la puerta reveló que los portadores minoritarios (electrones) en el óxido de grafeno reducido de tipo p desempeñan un papel fundamental en la mejora de la sensibilidad del dispositivo sensor. La respuesta del sensor se mejoró al 634 % para 50 ppm de amoníaco a un voltaje de compuerta de 0,6 V en comparación con el 23,2 % y el 39,3 % a 0 V y −3 V, respectivamente. El sensor mostró una respuesta y una recuperación más rápidas a 0,6 V debido a una mayor movilidad de los electrones y un mecanismo de transferencia de carga rápida. El sensor exhibió características satisfactorias de resistencia a la humedad y alta estabilidad. Por lo tanto, el dispositivo de transistor de efecto de campo de seda de óxido de grafeno reducido con curcumina con polarización de puerta adecuada aclara una excelente detección de amoníaco y puede ser un candidato potencial para un futuro sistema de detección de gas portátil a temperatura ambiente y de baja potencia.

Debido al aumento de las actividades en las industrias química, alimenticia y automotriz, existe una demanda significativa para el desarrollo de detectores de gas portátiles y operados por batería1. Estas demandas exigen una investigación intensiva hacia la fabricación de sensores de gas miniaturizados, de temperatura ambiente y de baja potencia. En este contexto, se exploran ampliamente las capas de detección basadas en semiconductores de óxido metálico (ZnO, TiO2, SnO2, WO3, etc.2,3,4,5). Estas capas de detección son muy atractivas debido a su enorme sensibilidad, pero su funcionamiento requiere altas temperaturas de operación (típicamente en el rango de 200 a 450 °C). El presupuesto de alta potencia de los óxidos metálicos limita su uso en sistemas portátiles de detección de gas a temperatura ambiente. Por ejemplo, los sensores Taguchi basados ​​en SnO2 (Figaro Japan) que están disponibles comercialmente, utilizan una potencia de 200 mW. Por lo tanto, se requieren esfuerzos para desarrollar sensores de temperatura ambiente y baja potencia. Hay varios intentos en este sentido6,7,8,9, que tienen como objetivo integrar los sensores con la plataforma CMOS madura. Ciertos gases como el amoníaco, el sulfuro de hidrógeno tienen baja temperatura de ignición y son altamente inflamables. Por lo tanto, los investigadores se han centrado en la síntesis de nanomateriales funcionalizados que operan a temperatura ambiente. Estos materiales incluyen nanomateriales bidimensionales (grafeno), dicalcogenuros de metales de transición (MoS2, WS2), fósforo negro, estructuras orgánicas metálicas, etc.

El grafeno, un nanomaterial bidimensional, ha atraído una atención significativa debido a su enorme área de superficie, estabilidad térmica y mecánica, alta movilidad y flexibilidad10. Se encuentra que el grafeno es altamente sensible a diferentes analitos de gas. La estructura de panal bidimensional junto con una sola capa de átomos de carbono facilitan una mayor sensibilidad hacia diferentes analitos. Grafeno prístino que está libre de defectos, tiene poca energía de adsorción hacia diferentes gases. La introducción de defectos y dopantes en la matriz de grafeno mejorará el nivel de energía de adsorción y facilitará una mejor transferencia de carga entre los analitos objetivo y la matriz de grafeno. La exfoliación química del grafeno conduce al óxido de grafeno, que al reducirse produce óxido de grafeno reducido (RGO). El óxido de grafeno reducido consta de varios sitios defectuosos junto con varios restos funcionales, que introducen varios sitios activos para la adsorción de gases objetivo. La mayor ventaja de RGO es su capacidad para detectar trazas de gases incluso a temperatura ambiente. Esto hace que RGO sea un candidato ideal para ser utilizado en sensores de gas portátiles de temperatura ambiente, de baja potencia y de generación futura.

En varias aplicaciones industriales, el amoníaco se usa como reactivo común. El amoníaco es un gas tóxico y muy picante que puede causar efectos graves en las vías respiratorias, los ojos y la piel si se expone a concentraciones más altas (> 350 ppm)11,12. En caso de exposición prolongada, se observan graves problemas de salud en los seres humanos, incluida la muerte. Según OSHA (Administración de salud y seguridad ocupacional), una concentración de amoníaco del 15 al 28 % por volumen en el aire se considera altamente peligrosa para la salud13. La naturaleza inflamable del amoníaco exige la fabricación de sensores que deben operar a temperatura ambiente. Se han desarrollado pocos sensores de amoníaco quimiorresistivos basados ​​en grafeno11,14,15,16,17,18,19,20,21, sin embargo, sus desempeños no son satisfactorios. Los sensores basados ​​en RGO que se informaron anteriormente sufren de gran respuesta y recuperación, desviación de la línea de base, capacidad de recuperación deficiente y selectividad insatisfactoria. Los informes anteriores sobre sensores de gas basados ​​en grafeno carecen de análisis en entornos húmedos. En el caso de sensores resistivos, una vez que se deposita la capa de detección, no se puede sintonizar ni modular más. Estos factores impulsan la motivación hacia el desarrollo de sensores de gas basados ​​en transistores de efecto de campo (FET), en los que el canal se puede modular incluso después de fabricar el sensor. Esta estrategia podría facilitar la "mejora de la sensibilidad" al controlar el número de portadoras efectivas en la región del canal22.

En el presente trabajo se ha fabricado un transistor de efecto de campo (FET) para detectar selectivamente vapores de amoníaco. El óxido de grafeno reducido con curcumina (Cur-rGO) se sintetiza como el material del canal y se deposita entre los electrodos fuente y drenaje. La seda se utiliza como puerta dieléctrica debido a (i) la alta constante dieléctrica y (ii) la facilidad de deposición. Esto reduce el costo de fabricación y las complejidades. El trabajo actual demuestra el juego del voltaje de la puerta al ajustar el tipo de portadores de carga que participan en el mecanismo de transferencia/detección de carga. Aunque se sabe que RGO es un material de tipo p, se observa que la aplicación de un voltaje de compuerta adecuado asegura la participación de electrones para la detección de amoníaco. Durante la aplicación de polarización de puerta positiva (0,6 V), el sensor muestra una enorme sensibilidad del 634 % a 50 ppm de amoníaco. Cuando se compara con la polarización de puerta cero (tipo puramente resistivo) y la polarización de puerta negativa, se observa una mejora de ~ 15 veces en la respuesta. La participación de electrones mejora la tasa de transferencia de carga, lo que se refleja aún más en el análisis del tiempo de respuesta y recuperación. El rendimiento de estos sensores bajo el voltaje de puerta apropiado revela la importancia de la "optimización de la electrostática de puerta" en los sensores químicos. El uso de la curcumina para reducir el óxido de grafeno también se valida mediante espectroscopia infrarroja transformada de Fourier. La reducción a través de la curcumina conduce a la eliminación completa de todos los demás grupos funcionales excepto el hidroxilo (enlaces O-H). Estos grupos hidroxilo juegan un papel clave en la determinación de la selectividad de los sensores hacia el amoníaco. Cur-rGO se caracterizó aún más mediante FESEM, HRTEM, espectroscopia Raman y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X para revelar sus propiedades estructurales, morfológicas y químicas. El FET de seda basado en Cur-rGO exhibió una buena inmunidad contra la humedad y mostró una buena estabilidad. En comparación con los informes anteriores, es evidente que el FET de seda Cur-rGO con un sesgo de puerta apropiado es altamente eficiente para la detección selectiva y sensible de amoníaco. Estos resultados demuestran que el sensor de amoníaco basado en FET de seda Cur-rGO se puede utilizar en futuros sistemas comerciales de detectores de gas portátiles, de temperatura ambiente y de baja potencia.

El análisis morfológico, estructural y de composición de Cur-rGO se llevó a cabo mediante espectroscopia FESEM, HRTEM, XRD, FTIR, XPS y Raman. La figura 1a muestra la imagen FESEM de Cur-rGO, que revela la presencia de enormes arrugas sobre las hojas. La presencia de arrugas y la morfología similar a la hoja se confirma además mediante HRTEM como se muestra en la Fig. 1b. El patrón de difracción de electrones de área selectiva (SAED) en la Fig. 1c muestra la presencia de múltiples anillos con diferentes tamaños de punto e intensidad variable. Esto confirma la orientación aleatoria de las hojas y la presencia de numerosos defectos. Los dos planos de difracción corresponden a los planos (002) y (100) de Cur-rGO. La Figura 1d muestra las franjas de la red, lo que revela que el valor del espacio d es de 0,336 nm, muy cercano al grafeno prístino (0,36 nm).

(a) imagen FESEM de nanohojas Cur-rGO, (b) imagen HRTEM de nanohojas Cur-rGO, (c) patrón SAED de nanohojas Cur-rGO y (d) franjas y espacios de celosía en Cur-rGO.

El examen de la orientación cristalográfica de los materiales sintetizados se llevó a cabo mediante análisis XRD con radiación Cu Kα1 (λ = 1,54 Å) equipado con un difractómetro de haz paralelo. La Figura 2a muestra el patrón XRD de GO y Cur-rGO. El pico de difracción pronunciado a 10,48° para GO corresponde a la reflexión desde el plano (001). Esto confirma la formación de óxido de grafeno por oxidación exitosa de hojuelas de grafito. Un pico amplio centrado en 24,57° demuestra la reflexión de los planos de red (002) de las nanoláminas Cur-rGO. La figura 2b muestra el análisis FTIR de las muestras GO y Cur-rGO. El pico ancho debido a las vibraciones O–H se refleja entre 3000 y 3500 cm−1. El enlace C=O a 1740 cm−1 se relaciona con los grupos carboxílicos presentes en el borde de la hoja de grafeno. La presencia de estiramiento C-O a 1048 cm-1, estiramiento C-O-C a 1220 cm-1, estiramiento C-OH a 1373 cm-1 refleja los diferentes restos funcionales presentes en GO23. El tratamiento térmico de GO por curcumina conduce a una reducción exitosa de GO como lo confirman los espectros FTIR. Además del estiramiento O–H (centrado en 3400 cm−1), todos los demás grupos funcionales se eliminan con éxito de la superficie GO. La presencia de este grupo O–H influye mucho en la detección selectiva de amoníaco, en comparación con otros COV.

(a) patrón XRD de GO y Cur-rGO y (b) espectros FTIR de GO y Cur-rGO.

La reducción exitosa a través de la curcumina se valida aún más mediante la espectroscopia Raman, como se muestra en la figura 3. La figura 3a muestra los espectros Raman para GO, mientras que la figura 3b ilustra los espectros Raman para Cur-rGO. Las bandas D y G para GO se encontraron en 1366 cm−1 y 1607 cm−1, sin embargo, después de la reducción, las bandas D y G cambiaron a 1357 cm−1 y 1599 cm−1, lo cual está de acuerdo con los informes anteriores24,25 . La unión de las funcionalidades de la curcumina con los átomos de carbono insaturados conduce al cambio de las bandas 'D' y 'G' a números de onda más bajos. La curcumina donadora de electrones conduce al ablandamiento de los fonones y cambia el nivel de Fermi26,27.

(a) espectros Raman para GO, (b) espectros Raman para Cur-rGO.

El GO reducido con curcumina se investigó más a fondo mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para analizar más a fondo los estados químicos y los grupos funcionales. El espectro XPS desconvolucionado de la región C 1s de Cur-rGO se muestra en la Fig. 4a. Se observa que la región C 1S exhibe picos con energías de enlace de 284,6 eV y 286,5 eV correspondientes al enlace C=C y C–O respectivamente. El gráfico desconvolucionado de la región O 1S también se representa en la Fig. 4b. Los picos de O 1s con energías de enlace de 530,6 eV y 532,5 eV se atribuyen al enlace O=C–OH y O=C respectivamente. La presencia de O=C–OH es muy significativa en nuestro estudio debido a la alta energía de adsorción de las moléculas de NH3 hacia los grupos –OH.

(a) Espectros de barrido estrecho de C 1s y (b) O 1s de Cur-rGO.

La reducción de GO en presencia de curcumina conduce a la formación de una capa de detección de amoníaco altamente sensible. La presencia de efecto de campo en los dispositivos sensores permite la modulación de portadores de carga en la región del canal. Dado que el óxido de grafeno reducido exhibe características de tipo p, los electrones desempeñan el papel de portadores minoritarios en todos los mecanismos de transporte. Estos electrones juegan un papel fundamental en la detección altamente sensible de amoníaco en bajas concentraciones. Se predice que la transferencia de carga durante la detección sería más eficiente para los electrones en comparación con los huecos. Los agujeros con menor movilidad y mayor masa efectiva enfrentarían un mayor obstáculo para la transferencia rápida de carga. Por lo tanto, se enfoca en usar electrones como el principal portador para la transferencia de carga mediante la aplicación de la polarización de puerta apropiada.

El grafeno prístino exhibe una energía de adsorción de 0,114 eV hacia el amoníaco28. Se encontró que los grupos epoxi e hidroxilo en las láminas de grafeno inducidas por defectos tienen energías de enlace de 0.219 eV y 0.840 eV respectivamente para el amoníaco28. Esto muestra la importancia de que los grupos hidroxilo estén presentes sobre la superficie del sensor. Cuando el voltaje de puerta aplicado es negativo o cero, los agujeros son los portadores que participan en el fenómeno de detección. Las moléculas de amoníaco se unen a los grupos hidroxilo y donan electrones a la capa de detección de Cur-rGO como se muestra en la Fig. 5. La mayoría de los portadores son agujeros, se recombinan con los electrones entrantes y la corriente de drenaje se reduce. Cuando el voltaje aplicado es positivo, el canal consta de electrones. Cuando las moléculas de amoníaco entran en contacto con el canal, aumenta la concentración de electrones de Cur-rGO y, por lo tanto, aumenta la corriente de drenaje. La funcionalización de la superficie Cur-rGO con grupos hidroxilo ofrece una alta energía de unión hacia el amoníaco, lo que conduce a una adsorción preferencial y una alta selectividad. Este cambio en la corriente de drenaje se visualiza como la respuesta y se expresa en porcentaje.

Mecanismo de detección de amoníaco del sensor Cur-rGO.

La respuesta se define matemáticamente como:

donde, Id, gas e Id, aire son la corriente de drenaje tras la exposición al amoníaco y al aire, respectivamente.

Las características Id-Vg (Vds = 1,5 V) en la Fig. 6a muestran que el dispositivo exhibe una relación ON-OFF muy alta (~ 105). Con un voltaje de puerta inferior a 0,5 V, el dispositivo exhibe conductividad debido a los agujeros. Sin embargo, después de 0,5 V, el dispositivo exhibe conductividad electrónica. Cuando el sensor se expone a moléculas de amoníaco, la corriente del hueco se reduce (a la izquierda de 0,5 V) pero la corriente de electrones aumenta (a la derecha de 0,5 V). Cuando la mayoría de los portadores son huecos, la presencia de moléculas de amoníaco reduce el número de huecos debido a la recombinación electrón-hueco. Por lo tanto, se observa una reducción en la corriente. Con un voltaje de puerta aumentado por encima de 0,5 V, la presencia de amoníaco dona electrones en el canal. Ahora, siendo el electrón el portador mayoritario, su concentración aumenta y, por lo tanto, se observa un aumento en la corriente.

( a ) Id-Vgs del dispositivo de seda Cur-rGO junto con diferentes concentraciones de amoníaco. (b) Curva de concentración a Vgs = 0,6 V. (c) Respuesta hacia el amoníaco a diferentes voltajes de compuerta. (d) Selectividad del sensor hacia el amoníaco.

La Figura 6b representa el cambio en la corriente con el cambio en la concentración de NH3 de 10 a 50 ppm. La curva de concentración se muestra en Vgs = 0,6 V, la mejor condición de detección. La Figura 6c muestra la respuesta del sensor hacia el amoníaco a diferentes voltajes de puerta. Es evidente que en la puerta de 0 V, la respuesta es muy baja. A tensión negativa, con huecos como portador mayoritario, la sensibilidad aumenta, aunque no mucho. A un voltaje de puerta positivo, específicamente a 0,6 V, los electrones son los principales portadores que participan en la detección. A ese voltaje, dos eventos mejoran el fenómeno de detección: (i) una menor cantidad de electrones en el canal, lo que facilita una gran respuesta en presencia de trazas de amoníaco y (ii) la movilidad de los electrones es mayor que la de los huecos, lo que facilita una transferencia de carga más rápida. A una concentración de 50 ppm, se encuentra que la respuesta hacia el amoníaco es del 23,2 % a 0 V Vgs y del 39,3 % con -3 V Vgs. Sin embargo, a Vgs = 0,6 V, hay un tremendo aumento en respuesta al 634 % para 50 ppm de amoníaco. Este resultado representa la esencia de la optimización del voltaje de puerta para aumentar la sensibilidad de la capa de detección.

La figura 6d muestra el alto grado de selectividad de Cur-rGO hacia las moléculas de NH3 en comparación con otros siete COV (acetona, tolueno, formaldehído, etanol, metanol, benceno, isopropanol). Se observa que la corriente disminuye con la disminución de la concentración, debido al comportamiento de tipo n del canal en el voltaje de puerta deseado. La Figura 7 muestra la repetibilidad de Cur-rGO hacia 20 ppm de NH3 a un Vg optimizado de 0,6 V. El sensor alcanza la corriente de referencia después de que se retira la fuente de gas. La ausencia de desviación de la línea de base es una bendición en términos de calibración del dispositivo.

Repetibilidad del dispositivo a 20 ppm.

El tiempo de respuesta es el tiempo que tarda la respuesta del sensor en alcanzar el 90 % desde el 10 % del valor máximo. El tiempo de recuperación es el tiempo que tarda el sensor en recuperarse del 90 al 10% del valor máximo. El tiempo de respuesta y recuperación de Cur-rGO con un voltaje de compuerta positivo (0,6 V) es menor en comparación con el sesgo de compuerta negativo (−3 V) y cero, como se muestra en la Fig. 8a,b. Esto se debe a que la movilidad de los electrones es mayor en comparación con los huecos y un número optimizado de electrones en el canal aumenta la sensibilidad de Cur-rGO. La naturaleza resistente a la humedad del dispositivo Cur-rGO Silk-FET es muy importante para desarrollar detectores de amoníaco de alta precisión. La variación de la respuesta con HR% a Vgs = 0,6 V y Vgs = 0 V se ilustra en la Fig. 8c. Se observa que el sensor es inmune a las variaciones de humedad. Esto se puede atribuir a la eliminación selectiva de otros grupos que contienen oxígeno (carbonilo, epoxi, carboxílico) que, de otro modo, se produce en el óxido de grafeno. La estabilidad del dispositivo sensor se aclara en la Fig. 8d, donde se observa claramente que Cur-rGO Silk-FET es muy estable incluso después de 40 días.

( a ) Variación del tiempo de respuesta de Cur-rGO con voltaje de puerta. ( b ) Variación del tiempo de recuperación de Cur-rGO con voltaje de puerta. ( c ) Comportamiento resistente a la humedad de Cur-rGO. (d) estabilidad del dispositivo durante 40 días.

Por lo tanto, el efecto del voltaje de la puerta hacia la mejora del rendimiento de detección de amoníaco para Cur-rGO introduce una nueva técnica para aumentar la sensibilidad en el dominio de detección de gas. El desempeño de Cur-rGO hacia NH3 se compara con trabajos previos de la literatura como se muestra en la Tabla 1. Por lo tanto, se observa que Cur-rGO Silk-FET demuestra ser altamente eficiente para la detección de NH3 a temperatura ambiente. La optimización del voltaje de la puerta para cambiar la polaridad del canal y la presencia de seda como dieléctrico asegura una operación sensible y de baja potencia. La reducción adecuada del óxido de grafeno por la curcumina deja grupos hidroxilo, lo que facilita el comportamiento de detección de amoníaco selectivo del Cur-rGO Silk FET. Por lo tanto, Cur-rGO Silk FET se puede utilizar en futuros sistemas comerciales de detección de gas amoníaco a temperatura ambiente y de baja potencia.

Polvo de grafito, nitrato de sodio, permanganato de potasio, ácido sulfúrico, solución de amoníaco, etanol, carbonato de sodio, cloruro de calcio, ácido fórmico y curcumina se obtuvieron de Merck India pvt Ltd. y se usaron durante todo el experimento sin purificación adicional. La seda Bombyx Mori comercialmente disponible se adquirió de M/S Bombyx Mori Silks and Textiles, Srinagar, India. Se utilizó el sistema de purificación Millipore para preparar agua desionizada.

El ampliamente conocido método de Hummer se implementó para la síntesis de láminas de óxido de grafeno (GO) mediante la exfoliación química del polvo de grafito. Para la síntesis de óxido de grafeno reducido con curcumina (Cur-rGO), se preparó una solución de curcumina en etanol agregando 5 mg de curcumina a 10 ml de etanol. La solución se agitó durante una hora para obtener una solución amarilla homogénea. Se agitó constantemente un vaso de precipitados que contenía 100 ml de dispersión GO (1 mg/ml) y se añadió gota a gota solución de curcumina para obtener una mezcla homogénea. Después de agitar durante 2 h, se agregaron 20 μL de solución de amoníaco (27 %) para alcanzar un pH de 10. Después de agitar más durante una hora, la solución se transfirió a una botella de reactivo con tapa azul. Luego, la solución se calentó a 85 °C en un horno de aire caliente durante 4 h. La solución resultante se enfrió a temperatura ambiente y se sometió a centrifugación a 2500 rpm para eliminar las impurezas no deseadas. La solución preparada se denominó Cur-rGO.

La solución de seda dieléctrica fue preparada por un método propuesto por Sarkar et al.29. Inicialmente, se eliminó una sustancia similar al pegamento (sericina), que se une a las fibroínas de seda. A continuación, las fibroínas se disolvieron para formar una solución homogénea. La sericina se eliminó de las fibroínas de seda tratándolas con una solución de carbonato de sodio al 0,5 % en agua a 110 °C durante 1,5 h. En el siguiente paso, se enjuagó a fondo con agua DI y se secó durante la noche. Después de la etapa de secado, la seda desgomada se disolvió en una solución compuesta por ácido fórmico y cloruro de calcio (19:1), dando lugar a una solución de fibroína de seda regenerada. La presencia de sales inorgánicas con ácido fórmico facilita la disolución de la seda desgomada. El cloruro de calcio penetra en la estructura mientras que el ácido fórmico permite el hinchamiento de la seda. La penetración de estas sales interrumpe el enlace de hidrógeno entre las cadenas de proteína de fibroína y lo descompone en microfibrillas y finalmente en nanofibrillas. Luego, la solución se vertió en una placa de Petri y se secó a 60 °C. Después del secado, la película se sumergió durante la noche en agua desionizada para eliminar el cloruro de calcio, ya que provoca efectos perjudiciales en las propiedades de la película delgada. La película puede disolverse y reconstituirse en ácido fórmico directamente, cuando sea necesario.

La fabricación del transistor de efecto de campo de puerta de seda (Silk-FET) se llevó a cabo en una oblea de silicio de tipo p <100> con una resistividad de 4–20 Ω-cm. Se hizo crecer un óxido térmico de 200 nm (seco-húmedo-seco) sobre silicio para lograr un aislamiento adecuado. La deposición de la capa de aluminio de 50 nm se llevó a cabo por evaporación térmica, que actuó como electrodo de puerta. La capa dieléctrica de solución de seda de 200 nm se revistió por rotación sobre la película de aluminio. Los electrodos fuente y de drenaje se fabricaron mediante pulverización catódica de CC, se depositó una capa adhesiva de titanio (Ti) de 20 nm seguida de oro (Au) de 100 nm a través de una máscara de sombra. Se logró un espacio entre dígitos de 200 μm entre los dedos. El ancho de los electrodos era de 500 μm. El material de detección (Cur-rGO) se depositó en los espacios mediante una técnica simple de fundición por caída. El esquema del dispositivo Silk-FET fabricado se muestra en la Fig. 9.

Esquema del dispositivo sensor Silk-FET con Cur-rGO como material de canal.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Los autores quieren agradecer a los laboratorios de Microelectrónica y MEMS por proporcionar todas las instalaciones experimentales.

Estos autores contribuyeron por igual: Avik Sett y Lisa Sarkar.

Departamento de Ingeniería Electrónica y de Comunicaciones Eléctricas, IIT Kharagpur, Kharagpur, 721302, Bengala Occidental, India

Avik Sett, Lisa Sarkar y Tarun Kanti Bhattacharyya

Escuela de Nanociencia y Tecnología, IIT Kharagpur, Kharagpur, 721302, Bengala Occidental, India

Santanab Majumder

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AS fabricó el sensor, sintetizó el material de detección, escribió el artículo y validó todos los datos experimentales. LS y SM apoyados en la caracterización de materiales. TKB revisó y corrigió el manuscrito junto con la orientación adecuada. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Tarun Kanti Bhattacharyya.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Sett, A., Sarkar, L., Majumder, S. et al. Amplificación del rendimiento de detección de amoníaco a través de la modulación de la portadora inducida por la puerta en Cur-rGO Silk-FET. Informe científico 13, 8159 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34617-7

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Recibido: 09 febrero 2023

Aceptado: 04 mayo 2023

Publicado: 19 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34617-7

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