Реферат
Введение 5
1. Физико-химические основы работы полупроводниковых газовых сенсоров
1.1 Основные закономерности адсорбции газовых молекул на поверхности
полупроводника 7
1.2 Проводимость сенсора на основе SnO2 в воздушной среде 9
1.3 Проводимость сенсора в среде, содержащей восстановительный газ 12
1.4 Влияние влажности на характеристики тонкопленочных газовых сенсоров на
основе диоксида олова 13
1.5 Сенсоры ацетона на основе металлооксидных полупроводников 15
1.6 Заключение по литературному обзору 20
2 Экспериментальная часть
2.1 Методика эксперимента 22
2.2 Оценка погрешностей 25
2.3 Результаты и обсуждение экспериментальных данных 25
Заключение 31
Список использованной литературы 32
В настоящее время актуальной задачей является разработка химических сенсоров на основе оксидов металлов, где в качестве газочувствительного материала применяют SnO2, ZnO, WO3, 1П2О3, отличающихся быстродействием и дешевизной. Сенсоры могут использоваться для обнаружения токсичных и взрывоопасных газов в атмосфере. В основе механизма детектирования восстановительных газов с помощью металлооксидных газовых сенсоров лежат процессы окисления газа на поверхности полупроводника. В результате взаимодействия газовых молекул с адсорбированным на поверхности отрицательно заряженным кислородом уменьшается поверхностный заряд, что приводит к уменьшению ширины области пространственного заряда на поверхности полупроводника и возрастанию проводимости полупроводниковой пленки.
Последние литературные данные показывают, что полупроводниковые сенсоры могут найти применение в новой отрасли, а именно в медицине. Известно, что в выдыхаемом человеком воздухе содержатся около 200 различных летучих органических соединений, которые являются продуктами процессов метаболизма. Основными считаются изопрен, ацетон, этанол, метанол. Присутствуют также пары воды. В случае больных сахарным диабетом 1-го типа преобладающей составляющей становится ацетон. У таких больных снижается выработка инсулина, обеспечивающего переработку сахара, растет содержание сахара в крови. При этом для поддержания энергии начинается метаболизм жиров, продуктом которого и является ацетон. В настоящее время состояние больного оценивается с помощью глюкометров, позволяющих определять концентрацию глюкозы в крови, которая берется из пальца больного. Процедура является болезненной и опасной. Поэтому необходимо найти замену такому способу другими бескровными методами. Контроль содержания ацетона в выдыхаемом воздухе человека позволяет осуществлять диагностику дефицита инсулина. Повышение содержания ацетона в выдыхаемом воздухе возможно также у спортсменов при тренировках, когда снижается содержание сахара в крови и требуется его компенсация. Работы по созданию портативных ацетономеров только начинаются, получены первые предварительные экспериментальные данные. Наиболее важной проблемой является обеспечение селективного детектирования низких концентраций (2-40 ppm) ацетона. Для решения этой задачи целесообразно использовать различные катализаторы в объеме и на поверхности пленок. Относительная влажность выдыхаемого человеком воздуха составляет более 90%, таким образом при контроле состава выдыхаемой смеси сенсор находится в условиях высокой влажности. В бакалаврской работе исследовались газочувствительные свойства тонких пленок ЗпСзс добавками Au и Co в зависимости от уровня влажности окружающей среды.
На основе полученных в работе результатов можно сформулировать следующие выводы:
1. При введении Co в объем тонких пленок диоксида олова увеличивается их сопротивление и отклик на воздействие паров ацетона.
2. Показано, что с увеличением абсолютной влажности от 1 до 20 г/м3 проводимость в чистом воздухе G0 увеличивается в 5 раз для сенсоров Au/SnO2:Sb,Au и в 7 раз для сенсоров Au/SnO2:Sb,Au,Co в диапазоне рабочих температур 400-4500С.
3. Отклик сенсоров на воздействие паров ацетона уменьшается с увеличением влажности. Для сенсоров с добавкой Co изменение отклика при изменении влажности меньше, чем для сенсоров, содержащих в объеме только золото. При рабочей температуре 4500С изменение отклика данных сенсоров составляет 20% при увеличении относительной влажности от 5% до 90%.
4. Показано, что концентрационные зависимости отклика сенсоров на воздействие паров ацетона являются сублинейными, что характерно для канальной модели проводимости.
5. При рабочей температуре 4500С все исследованные сенсоры позволяют
обнаруживать пары ацетона на уровне 1ppm. Однако сенсоры на основе диоксида олова с добавкой Co являются более предпочтительными для обнаружения паров ацетона в выдыхаемой смеси, т.к. они характеризуются более высокими значениями отклика и слабой зависимостью отклика от влажности по сравнению с сенсорами, содержащими в объеме только золото.
