Amplifying Electron-Donor Signal of the “Water Gate” Enabled Low Detection Ability of a Field-Effect Transistor-Based Humidity Sensor

化学 湿度 晶体管 信号(编程语言) 场效应晶体管 光电子学 分析化学(期刊) 环境化学 电气工程 电压 气象学 计算机科学 物理 工程类 程序设计语言
作者
Bohao Liu,Qingqing Chen,Jinyong Hu,Yong Zhang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (5): 2779-2785 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c04975
摘要

Low humidity detection down to the parts per million level is urgently demanded in various industrial applications. The hardly detected tiny electrical signal variations caused by a very small amount of water adsorption are one of the intrinsic reasons that restrain the detection limit of the humidity sensors. Herein, a carbon-based field-effect transistor (FET) humidity sensor utilizing adsorbed water as the dual function of a sensing gate and analyte was proposed. Owing to the electron donor property of the "water gate" that can serve as a negative voltage exerted on the dielectric layer, the electrical conductivity of the FET's channel can be significantly modulated, therefore realizing signal amplification. The proposed sensor presents a detection limit of lower than 1% RH. Besides, the fabricated sensors show good batch consistency (response deviation of 0.5%), repeatability, long-term stability, and acceptable hysteresis (6.3% relative humidity (RH)) in humidity detection. We hope that our work can offer a novel strategy for the application and integration of low humidity detection from the device aspect rather than sensing materials synthesis.
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