Разработка технологии изготовления и исследование сенсорных элементов на основе анодных оксидных пленок меди

• Автор: Светличная, Людмила Александровна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1. Современные материалы для полупроводниковых сенсоров газов и методы их получения

1.1. Полупроводниковые сенсоры газов

1.2. Материалы полупроводниковых сенсоров газов.

1.3. Механизм газонувствительности полупроводниковых материалов.

1.4. Методы получения Си

1.4.1. Метод высокотемпературного термического окисления

1.4.2. Метод пластического вытягивания

1.4.3. Метод выращивания зерен

1.4.4. Метод низкотемпературного термического окисления.

1.4.5. Метод электроосаждения.
1.4.6. Метод твердофазной эпитаксии из раствора, инициированной электрическим полем.
1.4.7. Метод эпитаксии пульсирующим лазером.
1.4.8. Метод анодного окисления.
1.4.9. Метод химического окисления.
1.4 Метод реактивного распыления.
1.5. Методы формирования контактов к Си.
1.6. Выводы.
Глава 2. Технология изготовления сенсорных элементов на основе анодного Си в сульфатнохлоридном электролите
2.1. Описание экспериментальной установки и условий получения анодных пленок Си.
2.2. Свойства электролита состава Си4, ЫаС1,1ЛС1
2.3. Термодинамические закономерности процесса формирования
анодных пленок Си
2.4. Кинетические закономерности процесса формирования
анодных пленок Си
2.5. Выводы.
Глава 3. Исследование физикохимических свойств анодных пленок Си.
3.1. Определение элементного состава анодных пленок Си
3.2. Определение фазового состава анодных пленок Си.

3.3. Исследование морфологии поверхности анодных пленок Си
3.4. Выводы.
Глава 4. Исследование электрофизических свойств анодных пленок Си2.
4.1. Исследование сопротивления анодных пленок Си.
4.2. Исследование ВАХ анодных пленок Си.
4.3. Выводы.
Глава 5. Определение газочувствительных характеристик образцов сенсорных элементов на основе анодных пленок Си.
5.1. Исследование адсорбционного отклика сенсорных элементов
5.2. Динамические характеристики сенсорных элементов.
5.3. Механизм газочувствительности сенсорных элементов.
5.4. Выводы
Заключение.
Список используемых источников


Дан обзор современных методов получения Си таких как: метод высокотемпературного термического окисления, метод пластического вытягивания, метод выращивания зерна, метод низкотемпературного термического окисления, метод электроосаждения, метод твердофазной эпитаксии из раствора, инициированной электрическим полем, метод эпитаксии пульсирующим лазером, метод анодного окисления, метод химического окисления, метод реактивного распыления. Рассмотрены их достоинства и недостатки. Сделан вывод о возможности использования Си для создания на его основе сенсорных элементов. Си с высокими газочувствительными характеристиками. Во второй главе представлены результаты анализа влияния компонентов раствора электролита на его pH и электропроводность. Рассмотрены реакции, протекающие на аноде, из которых установлено, что оптимальное значение температуры электролита составляет °С. Си+ + ОН = 1/2Си + 1/2Н. Исследование кинетических характеристик процесса формирования анодных пленок Си показало, что в отличие от вентильных металлов, для которых характерна степенная зависимость, гальваиостатическое анодирование меди в слабом электрическом поле не подчиняется закону Гюнтершульце и Бетца. Определена скорость роста пленок СіьО в зависимости от плотности тока процесса анодирования, которая составила 0,, 0,, 0, и 0, мкм/мин при плотностях тока 2, 3, 4,5 и 6 мА/см2 соответственно. В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований влияния параметров режимов анодирования, таких как температура и плотность тока, на структуру пленок анодного Си, по которым был сделан вывод о влиянии этих параметров только на размер зерен, но не на ориентацию их фаз. Проведен анализ элементного состава, из которого установлено, что помимо меди и кислорода анодные оксидные опленки Си(1) содержат углерод и хлор. Установлено, что АОП Си(1) имеют поли кристаллическую структуру с различной ориентацией кристаллитов Си, чередующихся с кристаллитами СиС1, размер которых, в среднем, составил 0,±0, мкм. В четвертой главе приведены экспериментальные результаты зависимости сопротивления пленок от температуры и освещенности. Из полученных экспериментальных данных была определена ширина запрещенной зоны, равная 1,8 эВ. Получены вольт-амперные характеристики р-п - перехода в пленках Си и пленочных резисторах, а также установлено влияние на них температуры и освещенности. В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований газочувствительности образцов на основе анодного Си но отношению к диоксиду азота и сероводороду. Исследовано влияние плотности тока анодирования, рабочей температуры и структуры пленок па величину адсорбционного отклика и динамические характеристики сенсорных элементов на основе анодного Си. Сделаны некоторые предположения относительно механизма электропроводности анодных пленок Си и природы их адсорбционного отклика по отношению к газам N и РЬБ. На основании проведенного эксперимента были определены оптимальные режимы и изготовлен макет сенсора на диоксид азота. Содержание диссертации изложено на 1 страницах и включает: рисунков, таблиц, 9 формул и список из используемых источников. В приложениях содержатся акты о внедрении результатов исследований диссертационной работы. ГЛАВА 1. Сенсоры являются одним из наиболее эффективных инструментов диагностики в области окружающей среды, технологических сред, медицине, пищевой промышленности. В связи с этим интенсивно развивается направление по созданию и исследованию новых материалов для химических сенсоров, а также новых подходов к использованию традиционных материалов [2]. Индустриальное развитие, характерное для нашего времени, привело к тому, что проблема загрязнения окружающей среды, в том числе и воздушного бассейна, стала носить глобальный характер, что в свою очередь вызвало необходимость контроля концентрации большого числа загрязняющих веществ в атмосфере. В связи с этим динамично развиваются методы и средства химической диагностики, а именно сенсоры газов. При этом к такого рода сенсорам предъявляются достаточно жесткие требования, такие как широкий динамический диапазон концентраций определяемого компонента, высокая селективность, быстродействие, обеспечение стабильных характеристик в течение достаточно длительного времени [3]. По принципу работы химические сенсоры могут классифицироваться, как показано на рис.