Активация адсорбционных процессов на поверхности SNO2 методами легирования Ag и Pd и воздействием оптического излучения

• Автор: Багнюков, Кирилл Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Е СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О свойствах И ГАЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1.1 Основные свойства ЬпСЬ, как перспективного материала для газовой сенсорики

1.2 Взаимодействие молекул различных газов с поверхностью чувствительных элементов датчика газов
1.3. Влияние стабилизирующего изотермического отжига на параметры и свойства плёнок

1.4. Влияние легирования на свойства пленки Ьп

1.5. Влияние воздействия света на газочувствительные свойства тонких

пленок диоксида олова

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ

МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ С ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ НА ОСНОВЕ ПЛЕНКИ Ьп
2.1. Конструкция и технологический маршрут изготовления микроэлектронных датчиков газов
2.2. Методика термостабилизации электрических параметров микроэлектронных датчиков газов
2.3. Методика исследования газовой чувствительности микроэлектронных датчиков газов к различным газам на воздухе
2.4. Методика микролегироваиия чувствительных элементов датчиков газов примесями серебра и палладия
2.5. Методика исследования свойств легированных и нелегированных микроэлектронных датчиков газов при воздействии света

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К ПАРАМ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ КОНТРОЛЬНЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СЕРЕБРОМ ОБРАЗЦОВ
3.1. Исследование газовой чувствительности нелегированных (контрольных) образцов
3.2. Статические характеристики контрольных элементов к разным газам
3.3. Исследование газовой чувствительности датчиков газов на основе пленок Бп02, легированных серебром, к парам различных газов
3.4. Исследование газовой чувствительности пленки Бп02, легированной серебром, при комнатной температуре
3.5. Исследование влияния влаги на газовую чувствительность образцов, легированных серебром, к парам аммиака при комнатной температуре

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОБРАЗЦОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ПАЛЛАДИЕМ, И ВЛИЯНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ НА ГАЗОВУЮ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ДАТЧИКОВ
4.1 Исследование влияния легирования палладием на газовую чувствительность датчика газов к парам различных газов
4.2 Исследование влияния оптического излучения на газовую чувствительность образцов, легированных и нелегированных серебром, к парам аммиака при комнатной температуре
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Прогресс человечества сопровождается непрерывным загрязнением окружающей среды, в том числе воздушной, использованием экологически опасных технологий и неизбежными техногенными катастрофами. Одной из проблем современного мира является также борьба с терроризмом и необходимость дистанционного распознавания взрывчатых веществ. Для мониторинга качества окружающей среды и различных сфер жизнедеятельности человека используются соответствующие научно-технические средства, в состав которых входят датчики физико-химических параметров контролируемых объектов, в том числе датчики для обнаружения токсичных и взрывоопасных газов в воздухе.
Твердотельные полупроводниковые металлооксидные сенсоры реагируют на присутствие в атмосфере широкого спектра газов изменением электросопротивления. Они обладают малым временем отклика на изменение концентрации газа при температуре несколько сотен градусов Цельсия и высокой чувствительностью, позволяющей определять присутствие большинства неорганических и органических газов при концентрациях всего несколько пропромилле (ppm) в воздухе. Недостатком существующих твердотельных сенсоров газов является их невысокая селективность и необходимость работы при высоких температурах.
Решить указанные проблемы можно путем управляемой активации процессов взаимодействия контролируемых газов с системой поверхностных состояний полупроводниковой сенсорной пленки (например SnOi) за счет ее легирования примясями-катализаторами [2]. Имеются также сведения об оптической активации газовой чувствительности пленки Sn02 [3]. В результате легирования или оптической активации поверхностных состояний может быть повышена газовая чувствительность датчика, улучшена его селективность в распознавании разных газов либо снижена температура максимальной газовой чувствительности.

ствительного слоя датчика в области видимого и ближнего ультрафиолетового излучения. Процессы спада сопротивления при включении освещения различались по форме, из них можно выделить две группы: первая группа процессов была получена при первоначальных циклах освещения образцов, не подвергавшихся предварительному термическому отжигу. Форма этих кривых близка к экспоненциальной. Вторая группа процессов наблюдается на предварительно отожженных пленках БпСВ. Кривые спада сопротивлений описываются несколькими экспонентами и имеют сложный характер. Примечательно, что после нескольких циклов освещения неотожженных образцов характер изменения их сопротивления становится похожим на поведение отжигавшихся пленок, то есть многократное оптическое облучение мощным источником УФ света приводит к эффекту десорбции поверхности образцов, длительно хранившихся на воздухе. Полученные авторами результаты свидетельствуют о взаимодействии процессов оптического возбуждения и процессов адсорбции и десорбции газов в чувствительной пленке газового датчика. Впервые были получены результаты по влиянию оптической активации на параметры конкретного датчика газов. С точки зрения энергосбережения интерес представляет облучения светом источника меньшей мощности.
В 2004 году была предложена модель механизма газовой чувствительности металлооксидных тонких пленок под действием УФ-освещения [56]. Предполагалось, что металлоксидные пленки имеют поликристаллическую структуру и то, что металлоксидные зёрна контактируют между собой по границам зерен с образованием «узкого горла».
Предположим, что сопротивление за счет эффекта «узкого горла» - сопротивление Яп, а сопротивление на границах зерен КеЬ.
При попадании УФ-излучения на поликристаллическую пленку оксида металла, создаются электронно-дырочные пары в области границы зёрен. Фотовозбуждение уменьшает высоту межзёренного барьера, тем самым увеличивая плотность свободных носителей по всему материалу. Приближённое
уравнение Пуассона задается формулой: