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Batch Nanofabrication of Suspended Single 1D Nanoheaters for Ultralow-Power Metal Oxide Semiconductor-Based Gas Sensors
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2022-09-30 , DOI: 10.1002/smll.202204078 Taejung Kim 1 , Wootaek Cho 1 , Beomsang Kim 1 , Junyeong Yeom 2 , Yeong Min Kwon 3 , Jeong Min Baik 4 , Jae Joon Kim 2 , Heungjoo Shin 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2022-09-30 , DOI: 10.1002/smll.202204078 Taejung Kim 1 , Wootaek Cho 1 , Beomsang Kim 1 , Junyeong Yeom 2 , Yeong Min Kwon 3 , Jeong Min Baik 4 , Jae Joon Kim 2 , Heungjoo Shin 1
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The demand for power-efficient micro-and nanodevices is increasing rapidly. In this regard, electrothermal nanowire-based heaters are promising solutions for the ultralow-power devices required in IoT applications. Herein, a method is demonstrated for producing a 1D nanoheater by selectively coating a suspended pyrolyzed carbon nanowire backbone with a thin Au resistive heater layer and utilizing it in a portable gas sensor system. This sophisticated nanostructure is developed without complex nanofabrication and nanoscale alignment processes, owing to the suspended architecture and built-in shadow mask. The suspended carbon nanowires, which are batch-fabricated using carbon-microelectromechanical systems technology, maintain their structural and functional integrity in subsequent nanopatterning processes because of their excellent mechanical robustness. The developed nanoheater is used in gas sensors via user-designable localization of the metal oxide semiconductor nanomaterials onto the central region of the nanoheater at the desired temperature. This allows the sensing site to be uniformly heated, enabling reliable and sensitive gas detection. The 1D nanoheater embedded gas sensor can be heated immediately to 250 °C at a remarkably low power of 1.6 mW, surpassing the performance of state-of-the-art microheater-based gas sensors. The presented technology offers facile 1D nanoheater production and promising pathways for applications in various electrothermal devices.
中文翻译：
用于超低功率金属氧化物半导体气体传感器的悬浮单 1D 纳米加热器的批量纳米制造
对高能效微型和纳米设备的需求正在迅速增长。在这方面，基于电热纳米线的加热器是物联网应用所需的超低功耗设备的有前途的解决方案。在此，展示了一种通过用薄的 Au 电阻加热器层选择性地涂覆悬浮的热解碳纳米线骨架并将其用于便携式气体传感器系统来生产 1D 纳米加热器的方法。由于悬浮结构和内置阴影掩模，这种复杂的纳米结构无需复杂的纳米制造和纳米级对齐过程即可开发。使用碳微机电系统技术批量制造的悬浮碳纳米线，由于其出色的机械稳健性，在随后的纳米图案化过程中保持其结构和功能的完整性。开发的纳米加热器通过用户可设计的金属氧化物半导体纳米材料在所需温度下定位到纳米加热器的中心区域，用于气体传感器。这使得传感部位被均匀加热，从而实现可靠和灵敏的气体检测。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。开发的纳米加热器通过用户可设计的金属氧化物半导体纳米材料在所需温度下定位到纳米加热器的中心区域，用于气体传感器。这使得传感部位被均匀加热，从而实现可靠和灵敏的气体检测。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。开发的纳米加热器通过用户可设计的金属氧化物半导体纳米材料在所需温度下定位到纳米加热器的中心区域，用于气体传感器。这使得传感部位被均匀加热，从而实现可靠和灵敏的气体检测。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。
更新日期：2022-09-30
中文翻译：
用于超低功率金属氧化物半导体气体传感器的悬浮单 1D 纳米加热器的批量纳米制造
对高能效微型和纳米设备的需求正在迅速增长。在这方面，基于电热纳米线的加热器是物联网应用所需的超低功耗设备的有前途的解决方案。在此，展示了一种通过用薄的 Au 电阻加热器层选择性地涂覆悬浮的热解碳纳米线骨架并将其用于便携式气体传感器系统来生产 1D 纳米加热器的方法。由于悬浮结构和内置阴影掩模，这种复杂的纳米结构无需复杂的纳米制造和纳米级对齐过程即可开发。使用碳微机电系统技术批量制造的悬浮碳纳米线，由于其出色的机械稳健性，在随后的纳米图案化过程中保持其结构和功能的完整性。开发的纳米加热器通过用户可设计的金属氧化物半导体纳米材料在所需温度下定位到纳米加热器的中心区域，用于气体传感器。这使得传感部位被均匀加热，从而实现可靠和灵敏的气体检测。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。开发的纳米加热器通过用户可设计的金属氧化物半导体纳米材料在所需温度下定位到纳米加热器的中心区域，用于气体传感器。这使得传感部位被均匀加热，从而实现可靠和灵敏的气体检测。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。开发的纳米加热器通过用户可设计的金属氧化物半导体纳米材料在所需温度下定位到纳米加热器的中心区域，用于气体传感器。这使得传感部位被均匀加热，从而实现可靠和灵敏的气体检测。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。一维纳米加热器嵌入式气体传感器可以以 1.6 mW 的极低功率立即加热到 250 °C，超越了最先进的基于微加热器的气体传感器的性能。所提出的技术提供了简便的一维纳米加热器生产和在各种电热设备中应用的有前途的途径。
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