基于多孔硅的燃料电池型酒精蒸气传感器：银/多孔硅/nSi肖特基二极管的创新应用与性能研究

本研究首次报道了基于银/多孔硅/nSi肖特基二极管的燃料电池型酒精蒸气传感器，无需外接电源即可在室温下通过短路电流响应检测50-350 ppm范围的甲醇、乙醇等四种醇类蒸气。通过调控多孔硅（PS）形貌，揭示了碳链长度与灵敏度的负相关性，为低功耗环境监测传感器开发提供了新思路。

　　

在工业快速发展的当代，挥发性有机化合物（VOCs）排放导致的健康风险日益严峻。其中，甲醇、乙醇等短链醇类在低至50 ppm浓度即可对人体造成危害，而传统半导体传感器需高温工作，存在能耗高、寿命短等缺陷。针对这一难题，来自Y?ld?z Technical University的研究团队创新性地将多孔硅（PS）与肖特基二极管结合，开发出首例无需外接电源的燃料电池型酒精蒸气传感器，相关成果发表于《Sensors and Actuators A: Physical》。

研究采用电化学阳极氧化法在n型硅（nSi）基底上制备两种不同形貌的PS层（20/60分钟阳极氧化），通过场发射扫描电镜（FESEM）确认其孔径分别为19.7 μm和5.77 μm。利用银（Ag）作为金属接触层构建Ag/PS/nSi肖特基二极管，系统测试了其对甲醇（M）、乙醇（E）、2-丙醇（I）和丁醇（B）的响应特性。

材料与方法
团队通过控制HF酸电解液配比（1:3:1的HF:dH₂O:CH₃OH）和阳极氧化时间（20/60分钟），制备出具有海绵状（sponge-like）和锥形孔（cone-shaped）结构的PS层。采用热铟电极和银浆分别形成欧姆接触与肖特基接触，在密闭测试舱中定量通入50-350 ppm醇蒸气，测量短路电流（I_sc）和二极管参数变化。

结果与讨论
形貌分析显示，60分钟阳极氧化形成的PS层具有更小孔径（5.77 μm）和更高孔隙率。电学测试表明，所有传感器均呈现浓度依赖的I_sc响应（1.00-150 nA·cm^-2），其中对甲醇灵敏度最高，丁醇最低，证实碳链长度与灵敏度呈负相关。值得注意的是，甲醇蒸气使两种PS结构的肖特基势垒高度线性下降，而海绵状峰区较少的器件在反向偏压下出现击穿电压偏移。

结论
该研究首次实现PS基肖特基二极管的燃料电池式酒精检测功能，突破传统传感器需外部供电的限制。通过调控PS形貌可优化器件性能，其中介孔结构（mesoporous）表现出更理想的整流特性和1.15的完美因子（ideality factor）。该技术为开发室温工作的低功耗环境监测传感器提供了新范式，尤其适用于工业VOCs泄漏预警系统。

意义延伸
研究团队AYDIN YüKSEL Sureyya等提出的"微燃料电池"机制，将PS表面Si-H键与醇类氧化反应产生的质子迁移关联，为半导体-电化学交叉领域研究开辟了新方向。未来通过优化PS孔径分布和金属接触材料，有望实现更宽浓度范围的多元醇类特异性检测。