Селективное определение газов полупроводниковыми сенсорами

Введение.
Глава 1. Металлоксидные газовые сенсоры и их селективность обзор
литературы. 
ф 1.1. Полупроводниковые сенсоры
1.2. Адсорбция на поверхности полупроводников. 
1.3. Химические процессы на поверхности полупроводниковых сенсоров
1.4. Модели газочувствительности 
1.5. Влияние природы газочувствительного слоя на селективность 
1.6. Мультисенсорные системы.
1.7. Шумы и автоколебательные процессы в полупроводниковых сенсорах
1.8. Использование мембранных покрытий для повышения
селекти вности
1.9. Нестационарный температурный режим сенсоров.
1 Определение запахов полупроводниковыми сенсорами.
Глава 2. Измерительная установка и методика эксперимента
2.1. Изготовление сенсоров.
 2.2. Общее описание лабораторной установки
2.3. Методика приготовления газовых смесей.
 2.4. Определение сенсорных свойств при фиксированной температуре.
2.5. Определение сенсорных свойств при термосканировании.
2.6. Методика проведения шумовых измерений.
2.6.1. Общие положения.
2.6.2. Конструкция блока измерения шумов.
2.6.3. Конструкция измерительной ячейки
2.6.4. Расчет спектральной плотности мощности шума.
 2.6.5. Оценка погрешности измерений.
 2.6.6. Выбор напряжения смещения
 2.6.7. Подготовка образцов к шумовым измерениям
2.6.8. Методика исследования спектральных характеристик шума сенсора.
2.6.9. Методика исследования статистических характеристик шума сенсора.
2.6Методика исследования релаксации шума
2.6Методика исследования деградации сенсора.
Глава 3. Металлоксидные газочувствительные слои
3.1. Количественное описание сенсорных свойств.
4 3.2. Газочувствительные слои 8пС
3.2.1. Общая характеристика БпОг, как сенсорного материала
3.2.2. Нелегированные слои БпОг
ф 3.2.3. Г азочувствительные слои 8пР1 и 8пР1.
3.2.4. Газочувствительные слои 5пАиСи
3.2.5. Газочувствительные слои ЗпОгБЬЬа
3.3. Газочувствительные слои на основе и ЫЬ5.
3.3.1. Нелегированные слои У5МЬ
3.3.2. Газочувствительный слой У5ЫЬ5Р1.
3.4. Газочувствительные слои 1пгОз
3.5. Газочувствительные слои 2пО
3.6. Селективность и стабильность сенсоров
 Глава 4. Определение газов мультисенсорными системами 
4.1. Подбор сенсоров и особенности представления результатов анализа.
4.2. Обработка данных мультисенсорных систем методом
главных компонент.
4.2.1. Понятие главных компонент.
4.2.2. Вычисление главных компонент
 4.2.3. Основные свойства главных компонент.
4.2.4. Представление данных при определении газов электронным
носом при помощи метода главных компонент.
4.3. Обработка данных с помощью искусственных нейронных сетей 
4.3.1. Нейронные сети и принципы их использования
4.3.2. Обработка данных электронного носа искусственными нейронными сетями.
Глава 5. Низкочастотные шумы в полупроводниковых сенсорах.
5.1. Шумы сенсоров, находящихся в эквирезистивных условиях 
5.1.1. Спектральные характеристики шума сенсоров в эквирезистивных условиях
5.1.2. Статистические характеристики шума сенсоров в эквирезистивных условиях
5.2. Релаксация шума сенсора.
5.3. Влияние легирования на характер шума сенсора
5.4. Шумы сенсоров, находящихся в различных газовых средах 
5.4.1. Шум сенсоров в нейтральной среде
5.4.2. Шум сенсоров в воздушной среде
5.4.3. Шум сенсоров в смеси воздуха с газамивосстановителями
5.4.4. Зависимость шумовых характеристик сенсоров от концентрации газоввосстановителей.
5.4.5. Влияние хемосорбции на спектральные и статистические характеристики шума.
5.5. Автоколебательные процессы в полупроводниковых сенсорах 
5.5.1. Автоколебания в среде паров этанола.
5.5.2. Автоколебания в среде воздух угарный газ
5.5.3. Термическая модель автоколебательных процессов на поверхности полупроводниковых сенсоров, легированных благородными металлами
5.6. Селективность полупроводниковых сенсоров при одновременном определении их электрокондуктивных и шумовых характеристик 
5.7. Деградационные процессы в газовых сенсорах и их диагностика.
5.7.1. Шумы в условиях термической деградации.
5.7.2. Шумы при деградации, вызванной высокой концентрацией активного газа.
5.7.3. Шумы при деградации, вызванной протеканием автоколебательного процесса
Глава 6. Модификация поверхности газочувствительных слоев
6.1. Селективность сенсоров после нанесения газоразделительных покрытий.
6.1.1. Покрытия на основе полиимидов
6.1.2. Покрытия на основе полидиметилсилоксанов.
6.1.3. Покрытия на основе I МФ4СК.
6.1.4. Покрытия на основе полиперфторстирола и их нанесение методом поверхностной фотополимеризации
6.1.5. Покрытия на основе тетрафторэтилена и их нанесение методами V
6.1.6. Изменение характеристик сенсоров в результате нанесения мембранных покрытий
6.2. Селективность сенсоров после нанесения порфиринов
6.3. Определение газов электронным носом, состоящим из однотипных сенсоров с мембранными покрытиями
6.4. Определение газов электронным носом, состоящим из полупроводниковых сенсоров различных типов с мембранными покрытиями.
Глава 7. Термосканирование полупроводниковых сенсоров
7.1. Особенности динамического нагрева полупроводниковых сенсоров
7.2. Выбор режима изменения температуры сенсора.
7.3. Определение газов в нестационарном температурном режиме 
7.4. Обработка результатов термосканирования
Глава 8. Распознавание запахов полупроводниковыми сенсорами
8.1. Определение запахов мультисенсорной системой.
8.2. Определение запахов термосканированием одиночного сенсора
Выводы.
Литература


Электропроводность в пленках во многом определяется соотношением размеров кристаллитов пленки диаметр , области контакта диаметр контактирующих областей мостиков и размерами области пространственного заряда X. В результате хемосорбции кислорода в пленке, на границах кристаллитов, формируется обедненный приповерхностный слой X, образованный электрическим зарядом, захваченным на поверхностные состояния кристаллита. Т температура, е, диэлектрические проницаемости вакуума и полупроводника. В зависимости от соотношения XV, с1ь и возможны три модели электропроводности пленки , 9. Рис. Модель узкого горла. Модель узкого горла или открытых мостиков Хь. Толщина областей пространственного заряда меньше диаметра контакта между кристаллитами рис. Так как сопротивление ОПЗ на рис. ОПЗ выделена серым цветом много больше сопротивления объема полупроводника, весь ток, протекающий через мостик, концентрируется в его центральной электронейтрал ьной части. Изменение заряда поверхностных состояний на границе кристаллита вследствие адсорбции приводит к изменению размера ОПЗ Х и, следовательно, к изменению эффективного сечения мостика горла. Изменение сопротивления мостика приводит соответственно, к изменению электропроводности пленки. Зернограничная модель или модель закрытых мостиков Х. В этой модели рис. Рис. Поэтому в проводимости участвуют только электроны с энергией, достаточной для преодоления этого потенциального барьера. Уменьшение заряда поверхности вследствие адсорбции донорных частиц приводит к снижению этого барьера и, соответственно, к увеличению числа электронов, способных его преодолеть. Этот процесс обуславливает проводимость пленки. На рисунке 1. Рис. Можно выделить три основных механизма прохождения носителей заряда через барьеры термоэлектронная эмиссия, туннелирование и рекомбинация на ловушках. Преобладание того или иного механизма определяется высотой потенциального барьера и толщиной соответствующей ему области. Как видно из рисунка 1. ВАХ. Модель полной модуляции сопротивления объема кристаллита Х. Согласно этой модели рис. Модуляция заряда на границе кристаллита вследствие адсорбции изменяет положение уровня Ферми и приводит к модуляции концентрации электронов в кристаллите, что и обуславливает изменение сопротивления сенсора. Данная модель соответствует пленкам с чрезвычайно высокой дисперсностью, например, полученным реактивным напылением. Структуру подобных пленок можно представить в виде некоторой сети, в узлах которой расположены отдельные кристаллиты, электропроводность которых имеет два состояния проводящее и непроводящее. Рис. Таким образом, образуются цепочки проводящих кристаллитов. При приложении к структуре напряжения, токоперенос в пленке будет проходить по цепочкам, соединяющим электрические контакты. Процессы адсорбции будут изменять высоты потенциальных барьеров на границе кристаллитов, что может привести к изменению пути протекания тока. Такое явление в литературе определяется термином перколяция. В реальных пленках, в зависимости от методов их получения, температуры или газовых условий, на отдельных ее участках могут реализовываться разные механизмы электропроводности. За последние лет накоплен большой эмпирический опыт о влиянии природы газочувствительного слоя полупроводниковых сенсоров на селективность, однако большинство этих сведений не систематизированы и, кроме того, отсутствует унифицированное количественное описание селективности . Обычный БпОгРс сенсор более чувствителен к Н2, чем к СО, но после обработки его серной кислотой сенсор становится более селективен к СО, чем к водороду . Селективный к СО сенсор был получен в результате допирования газочувствительного слоя 1п3 золотом и оксидом кобальта СоО , или рутением . Высокая чувствительность и селективность при детектировании СО была получена при использовании композита 2пОСиО . Для детектирования СО применялся сенсор на основе Мо , а также сенсоры на основе оксидов титана и железа ТЮ2Ре3 . Допирование 8псенсора оксидами СиО и повышает его отклик к СО по сравнению с откликом к водороду . Добавление 8п к сенсору на основе 1п3 увеличивает его селективность к СО .