АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОазОз, SnO2 и гетероструктуры на их основе, как чувствительные элементы резистивных газовых сенсоров 6
1.1 Газовая чувствительность Оа2Оз 6
1.2 Газовая чувствительность SnO2 11
1.3 Газовые сенсоры на основе слоистых структур 11
ВЫВОДЫ ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОБЗОРУ 15
2 Методика эксперимента 16
2.1 Методика изготовления образцов 16
2.2 Методика исследования структурных свойств образцов. СЭМ, ЭДС, спектры
пропускания 17
2.3 Методика исследования газовой чувствительности образцов 17
3 Структурные и газочувствительные исследования тонкоплёночных Ga2O3/SnO2/Ga2O3/SnO2/Ga2O3 структур 18
3.1 Структурные исследования 18
3.2 Исследование газовой чувствительности 22
3.2.1 Исследование температурной зависимости отклика при воздействии
фиксированной концентрации кислорода для образцов с межэлектродным расстоянием 200 мкм 22
3.2.2 Исследование температурной зависимости отклика при воздействии
фиксированной концентрации кислорода на образцы с межэлектродным расстоянием 1 мм 24
3.2.3 Исследование концентрационной зависимости на разные газы при фиксированной температуре 800 °С 27
3.3 Исследование образцов в атмосфере, приближённой к выхлопу бензинового ДВС при
фиксированной температуре 800 °С 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 31
Многослойные структуры на основе ОазОз/ЗпОз являются перспективным материалом для использования в качестве газовых сенсоров [1,2]. Температура отжига тонких плёнок, полученных методом магнетронного распыления, влияет на их газочувствительные свойства.
Актуальность работы состоит в том, что данные структуры можно использовать, например, в качестве сенсора для лямбда-зонда. Лямбда-зонд (1-зонд или датчик кислорода) — датчик уровня кислорода в газовой смеси или жидкости. Широко используется в автомобилестроении для определения относительного содержания кислорода в выхлопных газах выпускного коллектора двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Высокая температура отжига получаемых образцов позволяет эксплуатировать их при достаточно высоких температурах, как, например, в системах выпуска отработанных газов ДВС автомобилей. Область применения этим не ограничивается и распространяется на следующие отрасли: медицина (обезболивающие инструменты, респираторы, кислородные обогатители, аппараты искусственной вентиляции лёгких); биотехнологии (кислородные инкубаторы, кислородные капсулы); пищевая промышленность (холодильники, теплицы); безопасность (кондиционеры, кислородные датчики, пожарные сигнализации).
В соответствии с целью изучения влияния кислорода на электрофизические характеристики многослойных структур на основе ОазОз/ЗпОз были поставлены следующие задачи:
- Провести исследования температурной зависимости отклика при воздействии фиксированной концентрации кислорода.
- Провести измерения концентрационной зависимости и стабильности при температуре максимального отклика.
- Провести исследование влияния других газов (CH4, NO, NO2 и тд.).
- Проведение структурных исследований (энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (ЭДС), сканирующий электронный микроскоп (СЭМ), спектры пропускания)
Методами исследования будут служить измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ), временных зависимостей силы тока, ЭДС, СЭМ и спектров пропускания.
В данной выпускной квалификационной работе приводятся результаты структурных и газочувствительных исследований многослойных структур на основе Ga2O3/SnO2.
1. Слоистые структуры Ga?O3/SnO2 полученные методом ВЧ магнетронного распыления отличаются высокой однородностью согласно исследованиям, FESEM и ЭДС. Атомы Ga и Sn равномерно распределены по поверхности пленки. Отношение атомов Ga и Sn 5/1, что соотносится с толщинами слоев ОазОз и SnO? соответственно.
2. Сенсоры GO900 обладают высокой чувствительностью к О2, имеют высокую рабочую температуру 800 °C. Концентрационная зависимость отклика аппроксимируется степенной функцией с показателем степени 0,3, что указывает что механизм газовой чувствительности основан на взаимодействии с вакансиями кислорода.
3. Сенсоры GO900 в силу высокой рабочей температуры не отличаются высокими откликами на воздействие других газов, таких как CH4, CO, CO2, H2, NO.
4. Сенсоры GO900 могут регистрировать изменение кислорода на уровне 1% в атмосфере, приближенной к выхлопным газам ДВС.
