Газовые сенсоры на основе пленок SnO2-x для "Электронного носа"

• Автор: Слепнева, Марина Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

1. МЕТАЛЛООКСИДНЫЕ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СЕНСОРЫ

1Л. Газовые сенсоры на основе диоксида олова

Ф 1Л Л. Методы изготовления тонких металлооксидных пленок

1Л .2. Диоксид олова, как материал для газочувствительных сенсоров 11 1Л .3. Модель электропроводности пленок 8пОх

1Л .4. Принцип работы газовых сенсоров на основе ЬпОг-х

1.1.5. Изменение структуры поликристаллических пленок в процессе отжига

1.2. Легирование диоксида олова

1.3. Влияние каталитических добавок на свойства сенсоров

1.4. Влияние влажности на свойства сенсоров

1.5. Матрица газовых сенсоров

^ Выводы по первому разделу

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ОЛОВА С РАЗЛИЧНЫМИ ДОБАВКАМИ
2.1. Конструкция и технология изготовления
газочувствительных сенсоров
2.2. Формирование и стабилизация свойств пленок температурными
отжигами
2.3. Газочувствительные свойства сенсоров
2.3.1. Установка для исследования
газочувствительных свойств сенсоров
2.3.2. Исследование газочувствительных свойств сенсоров с различными пленками

2.3.3. Исследование влияния продолжительной термообработки на газочувствительные свойства сенсоров с различными добавками
2.4. Обсуждение результатов
Выводы по второму разделу
3. МАТРИЦА ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ
3.1. Установка матричного газового анализатора для реализации проекта “Электронный нос”
3.1.1. Блок ручного управления температурой нагревателей
3.1.2 Камера газового анализа
3.1.3. Блок ручного измерения
3.1.4. Описание интерфейсной платы сбора данных Ь-305
3.2. Методика исследования газовой чувствительности
3.3 Результаты исследования параметров матрицы сенсоров
3.3.1. Исследование стабильности сопротивления матрицы
газовых сенсоров
3.3.2. Исследование стабильности чувствительности
матрицы сенсоров
3.3.3. Исследование зависимости чувствительности матрицы сенсоров от дозы вводимого вещества
3.4. Исследование влияния условий окружающей среды
на свойства сенсоров
3.5. Обсуждение результатов
Выводы по третьему разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение

Актуальность темы. В настоящее время в связи с резко ухудшайся экологической обстановкой, а также частыми утечками взрывоопасных газов существует практическая необходимость в создании производительных, точных и дешевых сенсоров для обнаружения и измерения предельно (ф допустимой концентрации канцерогенов. В последние пять-семь лет наряду с
совершенствованием существующих сенсоров на основе керамики, толстых и тонких пленок двуокиси олова, использующихся для детектирования допустимых концентраций СО, СЕЦ и других газов, за рубежом интенсивно развиваются исследования по поиску новых материалов и созданию приборных устройств типа «электронного носа» на основе матриц сенсоров, отличающихся составом, наличием различных аддитивов, каталитических и пористых покрытий, варьируемой рабочей температурой. Важность создания таких устройств достаточно очевидна, т.к. позволяет решать проблемы мониторинга атмосферы и контроль заводских условий, медицинских 'Щ проблем и задач пищевой промышленности. Особый интерес представляет
исследование возможности различать пары таких реактантов, как спирты, эфир, бензол, ацетон, а также различных парфюмерных жидкостей.
Несмотря на большое число статей, посвященных физико-химическим проблемам работы оксидных сенсоров, и моделям гетерогенных реакций на их поверхности до настоящего времени не существует однозначного понимания особенностей этих реакций, что не в последнюю очередь связано с большим набором методов получения оксидных пленок для газовых сенсоров и вариаций технологических условий их приготовления. Это в значительной мере затрудняет достижение воспроизводимости параметров сенсоров, их стабильности и избирательности. Создание сенсора, реагирующего только на один реагент, не представляется возможным в силу общности окислительных и восстановительных реакций для всех веществ.

На обратной стороне подложки формируется так же магнетронным напылением через маску пленочный платиновый нагреватель в виде змейки (рис. 2.1), который равномерно нагревает активную область сенсора до рабочей температуры и дополнительно может выполнять функцию терморезистора. В зависимости от рабочей температуры для нагрева активной области сенсора затрачивается мощность порядка 0,25-0,5 Вт (табл.2.1). [89]
Табл. 2
Зависимость температуры сенсора от расходуемой мощности нагревателя
н о о 50 100 150 200 250
Р, Вт 0,05 0,13 0,22 0,32 0,43 0,54
Платиновый нагреватель так же выполняет и функцию теморезистора, при чем его температурный коэффициент сопротивления (ТКС) зависит от толщины Р1 пленки. Для тонких Р1 пленок, с сопротивлением более 100 Ом, ТКС примерно равен 8-10'4 град-1, а для пленок с сопротивлением примерно от 25 до 50 Ом - 2Т0'3 град-1. Калибровка нагревателя производилась в температурном диапазоне от 20°С до 500°С, т.к. рабочие температуры сенсоров лежат в диапазоне от 150°С до 250-300°С. Калибровка производилась с помощью специальной установки, которая представляет из себя металлическую плиту, с нагревателем, обеспечивающий нагрев примерно до 500°С, и хромель-копелевой термопарой. На поверхности плиты располагаются прижимные Р1 контакты, с грузом, для плотного электрического контакта и прижима прибора к плите. Для калибровки 14 нагревателей использовался специальный сенсор, имеющий те же размеры подложки, что и производимые нами сенсоры. На обеих сторонах кварцевой подложки сенсора были расположены два идентичных РС нагревателя. На первом этапе калибровки, при контролируемом медленном нагреве плиты