Сенсоры измерительно-информационных систем. Часть 1. Тутов Е.А - 4 стр.

UptoLike

4
Введение
Оксидные полупроводниковые материалы широко используются в
технике, науке и технологии благодаря своим разнообразным, часто
уникальными свойствам . Термодинамическая стабильность в различных
средах сочетается в них с сегнетоэлектрическими , фото -,
пьезочувствительными , электрохромными , сверхпроводящими ,
каталитическими и другими свойствами , что позволяет использовать эти
материалы в качестве активных элементов датчиков и преобразователей.
Настоящее пособие посвящено изложению результатов исследований
электрофизических свойств оксидных полупроводниковых материалов,
которые используются в качестве газочувствительных сенсоров. Активные
научные и технологические разработки, связанные с различными газовыми
датчиками , стимулируются потребностями экологического мониторинга,
контроля технологических процессов, аналитического обеспечения техники
безопасности и т. д.
Чувствительность и другие характеристики сенсоров зависят от физико-
химической природы адсорбируемых частиц и от свойств полупроводника.
Свойствами полупроводника можно управлять, например, с помощью
нанесенных на поверхность ультрадисперсных металлических частиц, которые
изменяют как электрофизические, так и каталитические свойства
полупроводника.
Сенсорные свойства поверхностно - допированных образцов описываются
механизмами т.н. химической и электронной сенсибилизации. Детали этих
двух механизмов, а также их относительный вклад в каждой конкретной
системе полупроводник - допирующий металл - газ остаются недостаточно
исследованными . Основная проблема заключается в разделении этих
механизмов. И химический и электронный механизм одинаково влияют на
электропроводность допированных сенсоров на постоянном токе. Различная
природа механизмов чувствительности может проявиться при исследовании
допированных образцов на переменном токе. Эта методика позволяет
исследовать пространственное распределение заряженных областей в
полупроводнике, разделять различные механизмы токопереноса по временным
параметрам и т. д.
Работа выхода электрона наноразмерных металлических частиц может
существенно изменяться под действием адсорбции газов, модулируя
поверхностный потенциал области полупроводника, которая расположена под
металлической частицей. Таким образом , анализ функциональной реакции
поверхностно- допированных оксидных полупроводников на
адсорбцию /десорбцию различных газов дает возможность изучения
электронных процессов при взаимодействии газ твердое тело.
1. Адсорбция газов на оксидных полупроводниках
                                                4
     Вве де ние

       О к си дны е пол уп роводни к овы е мате ри ал ы ш и рок о и сп ол ьзую тся в
те хни к е , наук е и те хнол оги и бл агодаря свои м разнообразны м, часто
уни к ал ьны ми свойствам. Т е рмоди нами че ск ая стаби л ьность в разл и чны х
сре дах        соче тае тся        в       ни х       с     се гне тоэл е к три че ск и ми , ф ото-,
пье зочувстви те л ьны ми ,                 эл е к трохромны ми ,              све рхпроводящ и ми ,
к атал и ти че ск и ми и други ми свой ствами , что позвол яе т и спол ьзовать эти
мате ри ал ы в к аче стве ак ти вны х эл е ме нтов датчи к ов и пре образовате л е й.
       Н астоящ е е пособи е посвящ е но и зл оже ни ю ре зул ьтатов и ссл е довани й
эл е к троф и зи че ск и х свойств ок си дны х пол упроводни к овы х мате ри ал ов,
к оторы е и спол ьзую тся в к аче стве газочувстви те л ьны х се нсоров. Ак ти вны е
научны е и те хнол оги че ск и е разработк и , связанны е с разл и чны ми газовы ми
датчи к ами , сти мул и рую тся п отре бностями эк ол оги че ск ого мони тори нга,
к онтрол я те хнол оги че ск и х проце ссов, анал и ти че ск ого обе спе че ни я те хни к и
бе зопасности и т.д.
       Чувстви те л ьность и други е харак те ри сти к и се нсоров зави сят от ф и зи к о-
хи ми че ск ой п ри роды адсорби руе мы х части ц и от свойств пол упроводни к а.
С войствами пол упроводни к а можно управл ять, напри ме р, с помощ ью
нане се нны х на пове рхность ул ьтради спе рсны х ме тал л и че ск и х части ц, к оторы е
и зме няю т к ак          эл е к троф и зи че ск и е , так      и    к атал и ти че ск и е свойства
пол упроводни к а.
       С е нсорны е свойства п ове рхностно-допи рованны х образцов опи сы ваю тся
ме хани змами т.н. хи ми че ск ой и эл е к тронной се нси би л и заци и . Д е тал и эти х
двух ме хани змов, а так же и х относи те л ьны й вк л ад в к аждой к онк ре тной
си сте ме пол упроводни к - допи рую щ и й ме тал л - газ остаю тся не достаточно
и ссл е дованны ми . О сновная пробл е ма зак л ю чае тся в разде л е ни и эти х
ме хани змов. И хи ми че ск и й и эл е к тронны й ме хани зм оди нак ово вл и яю т на
эл е к тропроводность допи рованны х се нсоров на постоянном ток е . Разл и чная
при рода ме хани змов чувстви те л ьности може т п рояви ться при и ссл е довани и
допи рованны х образцов на пе ре ме нном ток е . Э та ме тоди к а позвол яе т
и ссл е довать пространстве нное распре дел е ни е заряже нны х обл асте й в
пол упроводни к е , раздел ять разл и чны е ме хани змы ток опе ре носа по вре ме нны м
параме трам и т.д.
       Работа вы хода эл е к трона наноразме рны х ме тал л и че ск и х части ц може т
сущ е стве нно и зме няться под де йстви е м адсорбци и газов, модул и руя
пове рхностны й поте нци ал обл асти пол упроводни к а, к оторая распол оже на под
ме тал л и че ск ой части це й. Т ак и м образом, анал и з ф унк ци онал ьной ре ак ци и
пове рхностно-допи рованны х                      ок си дны х         пол уп роводни к ов        на
адсорбци ю /десорбци ю             разл и чны х газов дае т возможность и зуче ни я
эл е к тронны х проце ссов п ри взаи модействи и газ – тве рдое те л о.



     1. А дсорбция г аз ов на оксидных полупроводниках