CC BY
55
Pugolovkina Olga Borisovna
E-mail: [email protected]
УДК 546.814-31
О.Б. Пуголовкина, Т.Н. Назарова, В.В. Петров, Н.Ф.Копылова
РАЗРАБОТКА СЕНСОРА ГАЗА СЕЛЕКТИВНОГО ПО ОТНОШЕНИЮ
К ИЗОПРОПАНОЛУ
Тонкие пленки состава SiO2SnOxCuOy были получены золь-гель методом. Газовая чувствительность пленок исследовалась по отношению к изопропанолу и . -пературе 3500С. Проведены исследования изменения морфологии поверхности пленки с течением времени посредством сканирующей электронной микроскопии. Установлено значительное влияние эксплуатационных режимов сенсора на свой.
Полупроводниковые газовые сенсоры; чувствительность; изопропанол; оксид .
O.B. Pugolovkina, T.N. Nazarova, V.V. Petrov, N.F. Kopylova DESIGN OF GAS SENSOR TO ISOPROPANOL
SiO2SnOxCuOy thin films were fabricated by a modified sol-gel method. Gas sensitivity was studied to isopropanol and carbon oxide gases. The morphology measurements were investigated by Scanning Electron Microscopy. The gas responses were investigated at 3500C. Considerable influence of working conditions on properties of a surface is established.
Semiconductor gas sensors; sensitivity; isopropanol; carbon oxide.
В настоящее время в различных сферах нашей жизни все большее применение находят сенсоры газов. Особенно важны такие сенсоры для мониторинга окружающей среды из-за необходимости создания портативных устройств контроля .
В качестве чувствительных элементов сенсоров широко применяют неорганические оксидные материалы, в том числе и на основе диоксида кремния, который позволяет стабилизировать свойства материала, используется в качестве матрицы и для усиления газочувствительных свойств [1-3].
В данной работе проведено исследование газочувствительных свойств пленки состава SiO2SnOxCuOy по отношению к изопропанолу и оксиду углерода и изменение морфологии их поверхности с течением времени. Пленки указанного состава изготовлялись с применением золь-гель метода из растворов на основе тетра-этоксисилана с добавлением нитрата меди. Постадийная технология изготовления описана в работе [2 ].
Готовые растворы методом центрифугирования наносились на окисленную кремниевую пластину (d=75 мм) с предварительно сформированными контактными площадками и нагревателями. Затем полученные образцы подвергались двухстадийной температурной обработке: сушка при 1200С (2 ч) и высокотемператур-
ный отжиг при 600°С (8 ч) в инертной среде. В результате были сформированы следующие структуры (рис.1).
Полученные образцы скрайбировались на отдельные сенсоры и затем разваривались в чипы для последующего соединения с системой KAMINA (Карлсруэ, ), ,
отображаемые на экране компьютера и сохраняемые в его памяти.
Исследование газочувствительных характеристик полученных образцов проводилось по отношению к изопропанолу и оксиду углерода при концентрациях 1, 5, 10, 30 и 100 ppm и рабочей температуре 350°С.
На рис. 2 представлен характер отклика сенсора на изопропанол. Под воздействием газа сопротивление плен.
После проведения исследования отклика сенсоров на газы была рассчитана чувствительность полученных датчиков. Величина газовой чувствительности (S) находится по известной формуле, как отношение разности сопротивления сенсора в среде газа (Rr) и в воздухе (R0) к сопротивлению сенсора в воздухе (R0):
Рис. 1. Принципиальная схема сенсора газа на основе пленки состава 8Ю2$пОхСиОу
S
(1)
Из рис. 3 видно, что при увеличении концентрации исследуемого газа чувствительность пленки возрастает.
В результате исследования газовой чувствительности образцов пленки по отношению к оксиду углерода получены отклики аналогичного вида, но чувствительность по отношению к СО носит менее выраженный характер (рис.4, 5), чем , , по отношению к изопропанолу.
Рис. 2. Отклик сенсора на основе пленки состава SiOfinOxCuOy на изопропанол
Рис. 3. Чувствительность пленки состава SiO^SnOxCuOy на изопропа-
нол
Рис. 4. Отклик пленки состава SiO2SnOxCuOy на оксид углерода
Концентрация CO. ppm Рис. 5. Чувствительность пленки состава SiO2SnOxCuOy на оксид углерода
Для изучения влияния эксплуатационных режимов сенсора на изменение морфологии их поверхности были проведены измерения посредством сканирующей электронной микроскопии (рис.6). Как видно из полученных результатов происходит значительное изменение морфологии поверхности с образованием кристаллитов меди и олова, что может оказать влияние на ухудшение газочувствительных характеристик с течением времени.
-! V
й-йПнS ■ йл’. --Я «г-ъг’ .
<г ■ • ■'1 шЦг
7. -'Г. . ; - ■ „
І 9" . \[ - *!\
4* X • 1
в
1
Рис. 6. СЭМ-измерения пленки состава Бі02Бп0хСи0у. Морфология пленки: а - после отжига; б - после 7 дней воздействия газа; в - после 14 дней воздействия газа; г) после 21 дня воздействия газа
Таким образом, в результате работы были исследованы газочувствительные характеристики пленок состава 8Ю28пОхСиОу по отношению к изопропанолу и
,
концентрации исследуемого газа. Предел обнаружения изопропанола составил
lppm, что говорит о высокой чувствительности образцов. В ходе исследования влияния эксплуатационных режимов (при рабочей температуре 3500С) на поверхностную морфологию, показано, что происходит ее значительное изменение. Оно связано с образованием кристаллитов оксида олова и меди более круглых разме-.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Tretyakov Y.D., Lukashin A. V., Napolsii K.S., Eliseev A.A. Iron Nonowires in the mesaporous Silica Matrix. //J. Magn. Mater.2004. V.272-276. P. 1609-1611.
2. Вторыгин Э.Б., Луцкая О.Ф., Максимов А.И., Мошников В.А. и.др. Разработка
-
, // . .
IV Межд. науч.-тех. конф. «Электроника и информатика-2002». - М.: МИЭТ, 2002. В 2-х ч. 4.1. - С.187.
3. . ., . ., . .
токсичных газов и паров // Приборы и системы управления. 1997. №1. -С. 2931.
4. . ., . ., . ., . . -
ние электрофизических свойств наноразмерных пленок SiO2(SnOxCuOy) чувст-
// . VII . . . « -
ла и современные микро- и нанотехнологии». - Кисловодск: СКГТУ, 2007. С. 261-263.
Пуголовкина Ольга Борисовна
Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный » .
E-mail: [email protected]
347928, Россия, Таганрог, ГСП 17А, Некрасовский, 44, тел.:8-(8634)-36-01-55
Назарова Татьяна Николаевна
E-mail: [email protected]
Петров Виктор Владимирович
E-mail: [email protected]
Копылова Н.Ф.
E-mail: [email protected]
Pugolovkina O.B.
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”
E-mail: [email protected]
44, Nekrasovsky, Taganrog, GSP-17a, 347928, Russia, Ph.: 8(8634) 371-624 Nazarova T.N.
E-mail: [email protected] Petrov V. V.
E-mail: [email protected] Kopylova N.F.
E-mail: [email protected]
