Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СЕНСОРА ГАЗА, СЕЛЕКТИВНОГО ПО ОТНОШЕНИЮ К ДИОКСИДУ АЗОТА
Автор Т.С. Михайлова, Т.Н. Мясоедова
Рубрика РАЗДЕЛ IV. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 08, 2015
Индекс УДК 544.72.05: 621.382.2/3
DOI
Аннотация Целью настоящего исследования послужило получение газочувствительного элемента на основе тонкопленочных материалов состава SiO2ZrOx и исследование его свойств. В соответствии с поставленной целью решались задачи: подтверждения целесообразности выбора циркония в качестве основного компонента пленок; разработки метода формирования газочувствительного материала; изучения его морфоструктуры и сенсорных характеристик. Выбор оксидов циркония в качестве основного материала при формировании низкотемпературного сенсора обоснован на основании результатов проведенного литературного обзора. Технология формирования тонких пленок состава SiO2ZrOx разработана на основе золь-гель метода. С помощью СЭМ-изображений полученных на ее основе материалов рассмотрены особенности их морфологической структуры. Показано, что уже при 200 °С на поверхности образцов наблюдается формирование наиболее простой моноклинной структуры оксидов циркония, которая при температуре 300 °С частично переходит в более сложную кубическую, как в отношении конфигурации, так и в проявляемых свойствах (в частности, кубическая модификация оксидов циркония в большинстве случаев проявляет характерные для него свойства исключительно при высоких температурах). Изучены газочувствительные свойства пленок циркония к диоксиду азота при 30 °С: чувствительность к различным концентрациям газа и динамика адсорбционного отклика и восстановления при их воздействии на поверхность пленок. На основании всей совокупности полученных данных показано, что материалы состава SiO2ZrOx обладают селективной газочувствительностью по отношению к исследованному газу при условии наличия моноклинной структуры кристаллитов на их поверхности.

Скачать в PDF

Ключевые слова Полупроводниковые элементы; оксиды циркония; золь-гель метод; кристаллическая структура поверхности образцов; низкотемпературная газочувствительность пленок; диоксид азота.
Библиографический список 1. Румянцева М.Н., Сафонова О.В., Булова М.Н., и др. Газочувствительные материалы на основе оксида олова // Сенсор. – 2003. – № 2. – С. 28-33.
2. Kawabe T., Tabata K., Suzuki E. Methanol adsorption on SnO2 thin films with different morphologies // Surf. Science. – 2001. – Vol. 482-485. – P 183-188.
3. Васильев Р.Б. Нанокристаллические гетероструктуры n-SnO2/p-Si: синтез и сенсорные свойства // Интернет-журнал «Ломоносов».
4. Рембеза С.И., Свистова Т.В., Рембеза Е.С., Борсякова О.И. Свойства нанокристаллических пленок SnO2 для датчиков газов // Микросистемная техника. – 2001. – № 7. – С. 14-18.
5. Kocemba I., Paryjczak T. Metal films on a SnO2 surface as selective gas sensors // The Solid Films. – 1996. – Vol. 272. – P. 15-17.
6. Рембеза С.И., Свистова Т.В., Рембеза Е.С., Милашечко В.В. Повышение газовой чувствительности к водороду пленок SnO2 за счет легирования примесями благородных металлов // Электроника и информатика 2002: тезисы докл. IV Науч.-тех. конф. (МиЭТ, 2002 г.). – М., 2002. – С. 340-341.
7. Tong M.S., Dai G.R., Gao D.S. Gas-sensing properties of PdO-modified SnO2–Fe2O3 double-layer thin-film sensor prepared by PECVD technique // Vacuum. – 2000. – No. 59. – P. 877-884.
8. Kappler J., Tomescu A., Barsan N., Weimar U. CO consumption of Pd doped SnO2 based sensors // Thin Solid Films. – 2001. – Vol. 391. – P. 186-191.
9. Cerdа J., Cirera A., Vila A., Cornet A., Morante J.R. Deposition on micromachined silicon substrates of gas sensitive layers obtained by a wet chemical route: a CO/CH4 high performance sensor // Thin Solid Films. – 2001. – Vol. 391 (2). – P. 265-269.
10. Yamazov N., Мiura N. Chemical Sensor Technology, Yamauchi S., Kondansha, Tokyo, 1992. – P. 19.
11. Белышева Т.В., Боговцева Л.П., Гутман Э.Е. Применение металлооксидных полупроводниковых гетеросистем для газового анализа // Int.Sci. J. For Alt. Ener. – 2004. – № 2 (10). – P. 60-66.
12. Лугин А.Г. Жарский И.М. Использование термоэлектрических эффектов тонких пленок оксидов индия и олова для создания газовых сенсоров // Микросистемная техника. – 2001. – № 10. – С. 10-14.
13. Ivanovskaya M., Bogdanov P., Faglia G., Sberveglieri G. Properties of Thin Film and Ceramic Sensors fot the Detection of CO and NO2 // Proc. Of Int. Metting “Eurosensors XIII”. – 1999. – P. 145-148.
14. Miyata T., Hikosaka T., Minami T. High sensitivity chlorine gas sensors using multicomponent transparent conducting oxide thin films // Sensors and Actuators. – 2000. – Vol. 69. – P. 16-19.
15. Miyata T., Minami T., Shimokawa K. et.all. New materials consisting of multicomponent oxides for thin film gas sensors // J. Electrochem. – 1997. – Vol. 144, No. 7. – P. 2432-2436.
16. Safonova O.V., Rumyantseva M.N., Ryabova L.I., Labeau M., Delabouglise G., Gaskov A.M. Effect of combined Pd and Cu doping on microstructure, electrical and gas sensor properties of nanocrystalline tin dioxide // Materials Science and Engineering. – 2001. – Vol. 85. – P. 43-49.
17. Петров В.В., Назарова Т.Н., Копылова Н.Ф., Заблуда О.В., Киселев И., Брунс М. Исследование физико-химических и электрофизических свойств, газочувствительных характеристик нанокомпозитных пленок состава SiO2-SnOx-CuOy // Нано- и микросистемная техника. – 2010. – № 8. – С. 15-21.
18. Mingqing Yang, Junhui He, Xiaochun Hu, Chunxiao Yan, Zhenxing Cheng, Yingqiang Zhao, Guomin Zuo. Copper oxide nanoparticle sensors for hydrogen cyanide detection: Unprecedented selectivity and sensitivity // Sensors and Actuators B. – 2010. – Vol. 144. – P. 229-234.
19. Patil L.A., Patil D.R. Heterocontact type CuO-modified SnO2 sensor for the detection of a ppm level H2S gas at room temperature // Sensors and Actuators B. – 2006. – Vol. 120. – P. 316-323.
20. Satyendra Singh, Yadava B.C., Rajiv Prakash, Bharat Bajaj, Jae Rocklee. Synthesis of nanorod sand mixed shaped copper ferrite and their applications as liquefied petroleum gas sensor // Applied Surface Science. – 2011. – Vol. 257. – P. 10763-10770.
21. Гордиенко П.С., Ефименко А.В., Семенова Т.Л. Закономерности синтеза и физико-химические свойства оксидных структур анодных пленок диоксида циркония. – Владивосток: Дальнаука, 2001. – 93 с.
22. Миттова И.Я., Лаврушина С.С., Артамонова О.В. Получение и исследование композиций гидроксидов циркония, соосажденных золь-гель методом // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2004. – Т. 6, № 1. – С. 87-91.
23. Илюшин Г.Д., Демьянец Л.Н., Илюхин В.В. Кинетика и структурное моделирование кристаллообразования диоксида в гидротермальных условиях и при термической обработке // Гидротермальный синтез и выращивание монокристаллов: сб. науч. тр. – М., 1982. – С. 229-243.
24. Рембеза С.И., Кошелева Н.Н., Рембеза Е.С., Свистова Т.В., Шматова Ю.В., Gang Xu. Электрофизические и газочувствительные свойства полупроводниковых наноструктурированных плёнок SnO2:ZrO2 // Физика и техника полупроводников. – 2011. – Т. 45, № 5. – С. 612-616.
25. Efimenko А., Semenova Т. Gas Sensors of tne New Type on Basic of Anodic Films Zirconia // American Ceramic Society’s 100th Annual Meeting and Exposition. (Cincinnati, Ohio, May 3-5. 1998). – Cincinnati, 1998. – Р. 90-97.
26. Zhuiykov S. Electrochemistry of zirconia gas sensors. Printedy Taylor & Francis Group, LLC, 2008. – 297 p.
27. Zakrzewska К. Mixed oxides as gas sensors // Thin Solid Films. – 2001. – Vol. 391. – P. 229-238.
28. Paraguay F.D., Miki-Yoshida М., Morales J. et all. Influence of Al, In, Cu, Fe and Sn on the dopants on the response of thin film ZnO gas-sensors to ethanol vapour // Thin Solid Films. – 2000. – Vol. 373. – P. 137-140.
29. Петров В.В., Плуготаренко Н.К., Королев А.Н., Назарова Т.Н. Технология формирования нанокомпозитных материалов золь-гель методом. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – 156 с.
30. Яловега Г.Э., Шматко В.А., Назарова Т.Н., Петров В.В., Заблуда О.В. Исследование фазового состава нанокомпозитных материалов SiO2CuOx, методами рентгеновской спектроскопии поглощения и фотоэлектронной спектроскопии // Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. – 2010. – № 4. – С. 31-35.
31. Кравченко Е.И., Назарова Т.Н., Петров В.В., Сергиенко Д.В. Исследование физико-химических, электрофизических свойств и газочувствительных характеристик нанокомпозитных пленок состава SiO2ZrOx // Нано- и микросистемная техника. – 2012. – №. 2. – С. 38-42.
32. Petrov V.V., Nazarova T.N, Korolev A.N, Kopilova N.F. Thin sol–gel SiO2–SnOx–AgOy films for low temperature ammonia gas sensor // Sens. Actuators B: Chem. – 2008. – Vol. 133. – P. 291-295.
33. Илюшин Г.Д., Демьянец Л.Н., Илюхин В.В. Кинетика и структурное моделирование кристаллообразования диоксида циркония в гидротермальных условиях и при термической обработке // Гидротермальный синтез и выращивание монокристаллов: сб. науч. тр. – М., 1982. – С. 229-243.

Comments are closed.