Датчик — это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования. Омические (резистивные) датчики - приборы, принцип действия которых основан на изменении их активного сопротивления при изменении длины 1, площади сечения S или удельного сопротивления р.
В ряде устройств используется зависимость величины активного сопротивления от контактного давления и освещенности фотоэлементов. В соответствии с этим датчики резистивного типа делят на группы:
■ контактные;
■ потенциометрические (реостатные);
■ тензорезисторные;
■ терморезисторные;
■ фоторезисторные.
Для обнаружения газов используют сенсоры, которые изготовляют с нанесенными катализаторами либо без них. Как правило, за счет катализаторов уменьшается один из главных параметров сенсора - время отклика. В качестве веществ, ускоряющих химическую реакцию, используют такие металлы как: платина (Pt) и палладий (Pd). Примерами сенсоров c нанесенными катализаторами являются тонкие пленки оксида олова (SnO) и оксида цинка (ZnO), диоксид олова (SnO2), а оксид галлия (Ga2O3) может быть использован без применения вспомогательных элементов.
Аммиак является довольно распространенным газом, который можно встретить даже в повседневной жизни, его запах может почувствовать человек без специальных приборов.
NH3 широко используется в медицине для создания различных лечебных препаратов, в тяжелой промышленности. Также аммиак смертельно опасен в местах добычи полезных ископаемых (угольные шахты) и овощехранилищах, где он может скапливаться в достаточно больших концентрациях.
Существует много различных датчиков аммиака на основе тонких пленок: V2O5, ZnO, Ga2O3, SnO2, WO3 и т.д. Быстрый отклик и малое время восстановления, стабильные характеристики, дешевое и доступное производство SnO2 делает его идеальным кандидатом для создания на его основе датчиков различного назначения. Однако параметры датчиков NH3 при использовании SnO2 пока ещё не оптимизированы.
В связи с этим в настоящей работе стоит задача: исследовать датчики аммиака на основе тонких пленок диоксида олова.
В ходе бакалаврской исследовались сенсоры аммиака на основе тонких пленок диоксида олова, легированных сурьмой. В работе рассматриваются характеристики пленок, отожженных при 500°С (281 партия) и 425°С (296 партия).
На основе проделанных экспериментов для партии 281, на постоянном токе, удалось определить: оптимальную рабочую температуру - 340°С, энергию активации глубоких доноров - 0,22 ± 0,02 эВ, время стабилизации сенсоров - 6 дней. Исследованные датчики аммиака имеют быстрое время отклика (относительно сенсоров рассмотренных в литературном обзоре) - около 6 секунд на 300 ppm NH3.
Работа на переменном токе помогла определить изгиб зон на поверхности пленки при 400°С; также этот режим показал, что варьирование температуры в цикле нагрева и охлаждения помогает значительно увеличить отклик сенсоров, при уменьшении энергопотребления.
Исследование характеристик сенсоров позволяет сделать следующие выводы:
1. Увеличение времени эксплуатации сенсоров на основе тонких пленок диоксида олова ведет к повышению их отклика с последующей его стабилизацией.
2. Сенсоры на основе диоксида олова обладают низкой селективностью к водороду.
3. Температура отжига пленок существенно влияет на характеристики сенсоров.
4. Работа сенсоров в динамическом режиме ведет к увеличению отклика и снижению потребляемой ими мощности.
5. Представленные датчики аммиака имеют малые времена отклика.
