DOI: 10.1021/acsami.0c12259

提高基于FETs（场效应晶体管）的气体传感器的可靠性和灵敏度已成为当前实际应用中广泛关注的问题。然而，关于采用静电纺丝工艺制备纳米纤维FETs气体传感器的报道却很少。在这项工作中，采用简单快速的静电纺丝法制备了基于Yb掺杂In2O3（InYbO）纳米纤维FETs的乙醇气体传感器。掺杂浓度为4mol％的In2O3纳米纤维FETs显示出较好的电性能，其迁移率高达6.67cm2/Vs，阈值电压为3.27V，开/关电流比为107，尤其是偏压应力稳定性得到了增强。当用于乙醇气体传感器时，该气体传感器表现出更高的稳定性和灵敏度，具有40至10ppm的高响应性，这比先前报道的乙醇气体传感器要高得多。此外，InYbO纳米纤维FETs传感器还显示出1ppm的低检测限和改善的传感性能，包括灵敏度和选择性。本工作为利用电纺Yb-In2O3纳米纤维FETs实现高灵敏度、高选择性、高可靠性的乙醇气体传感器开辟了新的道路。

图1.（a）和（c）电纺InYb4％O纳米纤维的SEM图像。（b）和（d）在500℃退火2小时后InYb4％O纳米纤维的SEM图像。（e）具有不同掺杂浓度的InYbO纳米纤维的GIXRD图谱。（f）0和6mol％Yb掺杂In2O3纳米纤维的O 1s XPS光谱。

图2.（a）4mol％Yb掺杂In2O3纳米纤维FETs的输出曲线。（b）不同浓度（VD=20V）的InYbO纳米纤维FETs的转移曲线。（c）电参数μ、VTHIon/Ioff和SS与InYbO纳米纤维FETs中不同Yb掺杂量的函数关系。（d）基于20个器件的InYb4％O纳米纤维FETs的转移曲线。InYb4％O纳米纤维FETs的对应（e）μ和（f）VTH分布。

图3.Yb掺杂量分别为（a）0、（b）2、（c）4和（d）6mol％时，在PBS下60分钟的稳定性。每个图像都给出VTH的总变化。

图4.（a）0、（b）10和（c）50ppm下InYb4％O纳米纤维FETs的转移特性变化。（d）VTH和ID随曝光时间的变化。（e）InYb4％O纳米纤维FETs在不同气体浓度下的I-V特性。（f）从（e）中提取的电阻随气体浓度的变化而变化。

图5.（a）InYb4％O纳米纤维FETs和（b）电阻型传感器（VG=4V和VD=20V）的动态响应行为，（c）InYb4％O纳米纤维FETs和电阻型纳米纤维传感器的响应值比较，（d）不同Yb掺杂浓度的纳米纤维FETs气体传感器的响应。

图6.（a）FETs纳米纤维传感器对10ppm乙醇气体、乙二醇气体、丙酮气体、二甲苯气体和甲苯气体的动态响应行为，以及（b）传感器的相应响应值（VG=4V和VD=20V）。（c）InYb4％O纳米纤维FETs传感器在1-50ppm气体浓度下的响应时间和恢复时间。（d）InYb4％O纳米纤维FETs传感器在重复开/关以及低气体浓度（1ppm）下进行四个循环（VG=4V和VD=20V）的传感性能。（e）log（S-1）-log（C）图与乙醇气体的线性关系。（f）InYb4％O纳米纤维FETs气体传感器对10ppm乙醇气体的响应随工作温度的变化。

图7.InYbO纳米纤维FETs传感器的乙醇气体传感机理示意图。

图8.InYb4％O纳米纤维FETs对（a）0、（b）10和（c）50ppm乙醇的C-V曲线。（d）磁滞和Nt的变化与气体浓度（0-50ppm）的函数关系。