Исследование газочувствительности тонких пленок оксида олова и возможности их применения для распознавания газов

  • Автор:
  • Специальность ВАК РФ: 01.04.10
  • Научная степень: Кандидатская
  • Год защиты: 1998
  • Место защиты: Саратов
  • Количество страниц: 156 с. : ил.
  • Стоимость: 230 руб.
Титульный лист Исследование газочувствительности тонких пленок оксида олова и возможности их применения для распознавания газов
Оглавление Исследование газочувствительности тонких пленок оксида олова и возможности их применения для распознавания газов
Содержание Исследование газочувствительности тонких пленок оксида олова и возможности их применения для распознавания газов
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Влияние сорбции газов на электрические свойства металлоокисных слоев и методы обработки сигналов мультисенсорных систем
1.1. Хеморезистивный эффект
1.2. Влияние геометрии слоев и их микроструктуры на токоперенос
1.3. Влияние легирующих добавок на проводимость и
газочувствительность
1.4. Методы обработки сигналов датчиков газа, используемые в
мультисенсорных системах
Выводы к Главе
Глава 2. Влияние условий получения на электрофизические свойства тонких пленок оксида олова, полученных методом реактивного магнетронного распыления
2.1. Методика эксперимента и образцы
2.2. Влияние условий получения на микроструктуру и
электрофизические свойства пленок
2.3. Влияние уровня легирования и размеров зерна на
газочувствительность пленок
Вывод к Главе
Глава З.Модель газочувствительности тонкой пленки
3.1. Влияние парциального давления кислорода на проводимость тонкой пленки оксида олова
3.2. Проводимость тонкой пленки оксида олова на воздухе в присутствии
газа-восстановителя
Выводы к Главе
Глава 4. Влияние состава окружающей среды на электрофизические
свойства тонкопленочных структур
4.1. Температурная зависимость проводимости пленок
4.2. Влияние концентрации примеси газов-восстановителей в воздухе на проводимость пленок
4.3. Влияние неоднородности газовой среды на отклик тонкопленочного
сенсора
Выводы к Г лаве
Глава 5. Отклик группы тонкопленочных датчиков на воздействие различных газовых проб
5.1. Методика измерений и экспериментальная установка
5.2. Г азочувствительность тонкопленочных датчиков, сформированных в одном технологическом процессе
5.3. Отклик мультисенсорной системы на воздействие различных газов
Выводы к Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Разработка и исследование полупроводниковых материалов с целью создания датчиков химических величин вызывает большой интерес. Наиболее значительные достижения в этой области получены применением чувствительных элементов на основе спеченных слоев и керамик, в частности из оксидов металлов [1-28]. Однако, последнее время центр тяжести исследований смещается к тонкопленочным структурам. Тонкие пленки являются объектом, который отличается во многих отношениях от керамических образцов. Современные технологии позволяют обеспечить получение тонкопленочных структур с хорошо сформированными зернами и контролируемым содержанием собственных дефектов. Это обстоятельство является основной причиной различия процессов, отвечающих за газочувствительность, в керамических (толстопленочных) и тонкопленочных образцах. Причем именно в тонких пленках следует ожидать наибольшего влияния адсорбции молекул газов на проводимость слоев, а следовательно, в них реализуются наиболее благоприятные условия для проявления хеморезистивного эффекта.
С другой стороны, слабая селективность полупроводниковых газочувствительных структур ограничивает возможность их применения в устройствах распознавания газов. Одним из путей решения задачи распознавания газов является создание мультисенсорных систем, работающих по аналогии с обонятельной системой млекопитающих [29] (часто называемых как системы типа "электронный нос» [30-34]). Анализ литературы позволяет отметить, что если ранние работы в этой области проводились с помощью датчиков различного типа, то в настоящее время наметилась тенденция к построению систем на основе сенсоров одного типа, приготовленных по единой технологии. Исследования особенностей физических процессов в тонких газочувствительных пленках с вариациями внутренних параметров для

этом случае сеснсорные сигналы к газам А и В могут быть оценены с помощью вектора 7==гпв-Н1а- Если на плоскости отложить вектор ъ вдоль оси абсцисс, то геометрическое место точек концов векторов, представляющих сенсорные сигналы к этим газам будет характеризоваться двумя гауссовыми кривыми (рис. 1.10) имеющими среднеквадратичные отклонения аА и ав соответственно.
Тестовые измерения и калибровочные данные можно сравнить двумя способами. Во-первых, можно определить область вокруг тА, покрывающую определенный процент всех результатов, характеризующих газ А. Например, 98% всех откликов сенсоров на этот газ должны лежать в диапазоне шА ± 2аА, Тогда если сигнал от мультисенсорной системы попадает в эту область, то его можно идентифицировать как отклик на газ А. Во-вторых, геометрическое место точек в данном методе может быть оценено с помощью кластерного метода (см. ниже). Недостатком этого метода, также как и предыдущего, является большое число необходимых калибровочных данных.
Третьим типом параметрических методов являются методы линейной регрессии. Основным требованием этих методов является линейность зависимости сигнала сенсора от концентрации газа [118]. В этом случае отклик сенсора может быть представлен в виде
в, -О0 = О = хС + 8, (1.4.6)
где вг сигнал сенсора к анализируемому газу, Со- сигнал сенсора к "опорной" смеси (чистый воздух), х- коэффициент линейной регрессии, Е- ошибка.
Для набора датчиков уравнение можно записать в матричном виде в= ХС +2, (1.4.7)
где О- матрица откликов сенсоров, состоящая из элементов Оу-о, X- матрица коэффициентов Ху, I- матрица ошибок.
В случае полностью специфичных сенсоров (каждый сенсор имеет отклик только к одному газу) матрица X содержит только диагональные элементы, а в случае неселективных сенсоров, что, как правило, имеется на

Рекомендуемые диссертации данного раздела