懸濁した自己加熱ナノワイヤからの熱放散：ガスセンサーの将来

半導体の電気伝導率の強い温度依存性は、自己加熱のSiナノワイヤ抵抗器を備えたガスおよび圧力検知に使用されました。このようなデバイスの電気伝導率は、デバイス内の熱放散と分配に依存し、吊り下げられたデバイスアーキテクチャについて比較的研究されました。ジュール加熱ナノワイヤの温度依存性抵抗率における疲労領域の外観は、準コンシンテーション温度動作モードの実装の温度マーカーとして使用されました。低い圧力では、ナノワイヤから基質および/または電極への支配的な熱散逸により、センサーがアイドル状態になります。上記10 TORRガスに対する感度は、ガスの種類と同様に圧力に強い依存し、ナノワイヤ表面と周囲の導電性熱伝達によって決定されます。これは、巨視的なデバイスとは対照的に、対流メカニズムを介した熱放散が自己加熱されたナノワイヤからの熱伝達に大きく寄与しないことを意味します。反応性ガスに対するセンサーの熱感度は、ナノワイヤの表面での特定の吸熱/発熱反応の有効性に依存し、アセトン空気混合物の場合に調査されました。個々のジュール加熱半導体ナノワイヤの電気的および熱特性の強力な結合により、ピラニとペリスター型検出器の類似体である電力効率の高いマルチパラメトリックナノ鏡ガス/圧力センサーの製造が可能になります。

The strong temperature dependence of the electrical conductivity in semiconductors was employed for gas and pressure sensing with a self-heated Si nanowire resistor. The electrical conductivity in such a device depends on heat dissipation and partitioning inside the device and was studied comparatively for suspended and supported device architectures. The appearance of the exhaustion region in the temperature-dependent resistivity of a Joule-heated nanowire was used as a temperature marker for implementation of the quasi-constant temperature operation mode. At low pressures, the sensor is idle due to dominant heat dissipation from the nanowire to the substrate and/or electrodes. Above ca. 10 Torr the sensitivity to gases has a strong dependence on pressure as well as on the type of gas and is determined by conductive heat transfer between the nanowire surface and ambient. This implies that, in contrast to macroscopic devices, the heat dissipation via the convection mechanism does not contribute significantly to the heat transfer from the self-heated nanowire. The thermal sensitivity of the sensor to reactive gases depends on the effectiveness of the particular endothermic/exothermic reaction at the surface of the nanowire and was explored for the case of acetone-air mixture. The strong coupling of the electrical and thermal properties in the individual Joule-heated semiconducting nanowire allows fabrication of power-efficient multi-parametric nanoscopic gas/pressure sensors that are analogs of Pirani and pellistor type detectors.