Селективные полупроводниковые сенсоры для определения содержания фтористого водорода | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 апреля, печатный экземпляр отправим 10 апреля.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Муминова, Н. И. Селективные полупроводниковые сенсоры для определения содержания фтористого водорода / Н. И. Муминова, М. А. Рахимова, Х. Г. Сидикова, К. Х. Рашидова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 11 (115). — С. 126-128. — URL: https://moluch.ru/archive/115/30841/ (дата обращения: 29.03.2024).



Разработана технология изготовления толстопленочного полупроводникового сенсорас проволочным чувствительным элементом, обеспечивающим контроль за содержанием фтористого водорода в широком диапазоне его концентраций и параметров окружающей среды. Предложенытехнологическая схема, совокупность операций и последовательность их исполнения с целью создания серийного толстопленочного полупроводникового сенсора фтористого водорода.

Постоянно ухудшающаяся экологическая ситуация во многих регионах мира требует создания систем контроля и защиты окружающей среды, а также своевременного предупреждения о превышении допустимых норм содержания в воздухе токсичных и горючих газов. В связи с этим разработка и создание методов, регистрирующих содержание фтористого водорода в промышленности и быту, является важной аналитической и экологической задачей. Для контроля концентраций ядовитых, огнеопасных и взрывоопасных газов используют различные типы газовых сенсоров и газоанализаторов [1].

Основными требованиями, предъявляемыми к газовым сенсорам фтористого водорода, являются: достаточная чувствительность, селективность, быстродействие, малая потребляемая мощность, дешевизна и простота изготовления, стабильность при эксплуатации и возможность серийного изготовления. Сенсоры используются для измерения концентрации фтористого водорода в атмосфере рабочих зон цехов различных промышленных предприятий, а также в технологических потоках отходящих газовых смесей. Полученные данные при определении фтористого водорода будут применяться при контроле экологической обстановки и оптимизации различных технологических процессов [1,2].

Область применения сенсоров фтористого водорода: мониторинг окружающей среды, электролизные цеха алюминиевого производства, склады химических производств, химико-металлургические цеха, предприятия электронной, целлюлозно-бумажной, легкой, пищевой промышленности, холодильные установки и др. [2].

Одними из наиболее удовлетворяющих вышеперечисленных требований мониторинга содержанияфтористого водорода являются полупроводниковые сенсоры, представляющие собой инертнуюподложку, размером ~20,50,3 мм. На одной стороне, которой сформирован газочувствительный слой (оксид или соль металла), а противоположной — металлический (платиновый пленочный) нагреватель. Толщина газочувствительного слоя составляет 10–1000 нм и нагревателе — 200 нм. К газочувствительному слою и нагревателю привариваются электрические выводы из платиновой или золотой проволоки, толщиной 30 мкм.

Основой полупроводникового сенсора является газочувствительный слой оксида металла. Использование полупроводниковых оксидов в качестве газочувствительного материала позволяет обеспечить чувствительность к широкому спектру горючих и химически активных газов, находящихся в воздушной среде и газовых смесях [1,3].

В полупроводниковых газовых сенсорах используется эффект изменения электропроводности полупроводникового материала, полученный при адсорбции на его поверхности молекул детектируемых газов. Адсорбция газов на поверхности газочувствительного материала зависит от температуры и реализуется в диапазоне 100–500 ◦С, причем для каждого по природе газа существует довольно небольшой диапазон температур, в котором чувствительность материала к конкретному газу максимальная.

Известные малогабаритные полупроводниковые сенсоры делятся на металооксидные и структурные. По технологииизготовления металооксидные сенсоры делятся на тонкопленочные и толстопленочные.

При проведении эксперимента в качестве диэлектрической подложки использовались пластины из оксида алюминия (сапфир, корунд), кремния и слюда, толщиной 0,1–0,3 мм. На заключительном этапе непосредственно перед нанесением газочувствительного слоя изготовленная пластина проходит термохимическую обработку.

В качестве газочувствительного слоя использовали оксиды металлов Sn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni и др. Формирование газочувствительного слоя из оксида металла осуществлялось вакуумно-термическим распылением и золь-гель методом. Распыление производилось на технологическом оборудовании ВУП-5, на котором также осуществлялось легирование оксидных пленок с различными добавками.

При формировании газочувствительного слоя из LaF3 в качестве мишени использовался поликристаллический трифторид лантана с чистотой, не менее 99,0 %. Выбор мишеней (LaF3) обусловлен характером поставленной задачи и технологическими причинами. Распыление производилось в атмосфере аргона. В процессе отработки режимов распыления исследовалось влияние толщины пленки и температуры подложки. Показано, что повышение температуры подложки при напылении способствует кристаллическому совершенству пленок, а наибольшая газочувствительность соответствует диапазону температур 250–500 °С.

В процессе исследований было также установлено, что повышение толщины пленки приводит к росту газочувствительности сенсора и достигает наибольшего значения при толщине 600–800 нм. На заключительном этапе сформированный газочувствительный слой подвергался отжигу, являющемуся ответственной операцией, приводящей к структурному превращению пленки из поликристаллического состояния в монокристаллическое. Общее сопротивление газочувствительного слоя на воздухе, зависит от толщины пленки.

Нагреватель полупроводникового сенсора представлял собой полоску платины, шириной чипа, то есть около 0,5 мм. Платиновый пленочный нагреватель формировался на обратной стороне подложки в плазме аргона методом вакуумно-термического напыления металлической мишени. Распыление производилось при температуре подложки, равной 500 °С. Полученные пленки, обладали высоким значением температурного коэффициента сопротивления (ТКС = 3∙10–3 град-1).

Контакты формировались к нагревателю и газочувствительному слою методом вакуумно-термического нанесения слоя металла (платина, золото, серебро, никель и др.) при температуре подложки, равной 350 °С. Пленки золота или платины, толщиной 0,5 Мкм наносились на слой LaF3.

Нарезание пластин со сформированным газочувствительным слоем, нагревателем и электрическими контактами осуществлялось механически.

В результате проведенных исследований разработана технология изготовления толстопленочного полупроводникового сенсорас проволочным чувствительным элементом, обеспечивающим контроль за содержанием фтористого водорода в широком диапазоне его концентраций и параметров (температура, давление, влажность и др.) окружающей среды. Предложенытехнологическая схема, совокупность операций и последовательность их исполнения с целью создания серийного толстопленочного полупроводникового сенсора фтористого водорода, отвечающие требованиям соответствующих ГОСТов 52033–2003, на приборы аналогичных классов.

Литература:

  1. Кальвода Р., Зыкова Я., Штулок К. Электроаналитические методы в контроле окружающей среды.-М.:Химия,1990.-240 с.
  2. Абдурахманов Э. Разработка термокаталитических методов для создания высокоселективных автоматических анализаторов токсичных и взрывоопасных газовых смесей.//Авт. дис. на соис. уч. ст. док. хим. наук. Ташкент. 2004, 42 с.
  3. Сагателян О. А. Музыковский В. А., Дудкин Н. И. Газоанализатор фтористого водорода / Тез.докл. 2. Всесоюз.конф. по электрохимии. часть- 1. — Томск, 1985. — с. 229–230.
Основные термины (генерируются автоматически): фтористый водород, окружающая среда, слой, сенсор, заключительный этап, полупроводниковый сенсор, проволочный чувствительный элемент, серийный толстопленочный полупроводниковый сенсор, совокупность операций, широкий диапазон.


Похожие статьи

Автоматическое определение фтористого водорода в газовых...

фтористый водород, газовая среда, диаграммная лента, измеряемый компонент, испытуемая газовая среда, смесь, сенсор, переходной процесс, относительная влажность, газовая проба.

Аналитические сенсоры с использованием вибрационной ячейки...

Селективные полупроводниковые сенсоры для определения содержания фтористого водорода. Поиск неорганических материалов для создания Na-ионных электрохимических батарей с использованием кристаллохимического анализа.

Концепция создания цифровых интеллектуальных датчиков на...

Рассматриваемый электрохимический чувствительный элемент серии MQ-135 реагирует на наличие в воздухе углекислого газа, окиси углерода, аммиака, паров спирта и бензина, метана и горючих газов, кроме

Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях.

Анализ газочувствительности полупроводниковых...

[1, 3]. Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров на основе металлооксидных слоев заключается в обратимом изменении электрофизических свойств при адсорбции заряженных форм кислорода и десорбции продуктов их реакций с молекулами...

Разработка перколяционной модели газовых сенсоров

Рассмотрим чувствительный элемент газового сенсора, селективно распознающий какой-либо газ-восстановитель. Кислород, который всегда находится в окружающей среде в высокой концентрации (> 20 %), вместе с...

Автоматический анализатор для мониторинга фтористого...

Разработан сенсор и анализатор для непрерывного автоматического контроля содержания фтористого водорода в газовых средах. Анализатор ГА-HF может работать в непрерывном режиме в различных системах контроля фтористого водорода...

Анализатор воздуха на платформе Arduino

MQ-2 относится к полупроводниковым приборам.

Внутри трубки проходит элемент, нагревающий чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на газ.

Сенсор включает в себя резистивный компонент измерения влажности и компонент...

Разработка лабораторного оборудования для получения...

...покрытиях, чувствительных элементов газовых сенсоров, структур для оптоэлектроники, твердооксидных топливных элементов и

Распылитель и нагреватель располагаются внутри реакционной камеры, поэтому именно в ней протекают основные этапы, приводящие к...

Методы синтеза пленок модифицированного диоксида олова и их...

Указанная модель справедлива для сенсоров, полученных по толстопленочной и керамической технологиям при низких температурах спекания (не

Аверин И.А., Никулин А.С., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Чувствительный элемент газового сенсора с...

Автоматическое определение фтористого водорода в газовых...

фтористый водород, газовая среда, диаграммная лента, измеряемый компонент, испытуемая газовая среда, смесь, сенсор, переходной процесс, относительная влажность, газовая проба.

Аналитические сенсоры с использованием вибрационной ячейки...

Селективные полупроводниковые сенсоры для определения содержания фтористого водорода. Поиск неорганических материалов для создания Na-ионных электрохимических батарей с использованием кристаллохимического анализа.

Концепция создания цифровых интеллектуальных датчиков на...

Рассматриваемый электрохимический чувствительный элемент серии MQ-135 реагирует на наличие в воздухе углекислого газа, окиси углерода, аммиака, паров спирта и бензина, метана и горючих газов, кроме

Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях.

Анализ газочувствительности полупроводниковых...

[1, 3]. Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров на основе металлооксидных слоев заключается в обратимом изменении электрофизических свойств при адсорбции заряженных форм кислорода и десорбции продуктов их реакций с молекулами...

Разработка перколяционной модели газовых сенсоров

Рассмотрим чувствительный элемент газового сенсора, селективно распознающий какой-либо газ-восстановитель. Кислород, который всегда находится в окружающей среде в высокой концентрации (> 20 %), вместе с...

Автоматический анализатор для мониторинга фтористого...

Разработан сенсор и анализатор для непрерывного автоматического контроля содержания фтористого водорода в газовых средах. Анализатор ГА-HF может работать в непрерывном режиме в различных системах контроля фтористого водорода...

Анализатор воздуха на платформе Arduino

MQ-2 относится к полупроводниковым приборам.

Внутри трубки проходит элемент, нагревающий чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на газ.

Сенсор включает в себя резистивный компонент измерения влажности и компонент...

Разработка лабораторного оборудования для получения...

...покрытиях, чувствительных элементов газовых сенсоров, структур для оптоэлектроники, твердооксидных топливных элементов и

Распылитель и нагреватель располагаются внутри реакционной камеры, поэтому именно в ней протекают основные этапы, приводящие к...

Методы синтеза пленок модифицированного диоксида олова и их...

Указанная модель справедлива для сенсоров, полученных по толстопленочной и керамической технологиям при низких температурах спекания (не

Аверин И.А., Никулин А.С., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Чувствительный элемент газового сенсора с...

Похожие статьи

Автоматическое определение фтористого водорода в газовых...

фтористый водород, газовая среда, диаграммная лента, измеряемый компонент, испытуемая газовая среда, смесь, сенсор, переходной процесс, относительная влажность, газовая проба.

Аналитические сенсоры с использованием вибрационной ячейки...

Селективные полупроводниковые сенсоры для определения содержания фтористого водорода. Поиск неорганических материалов для создания Na-ионных электрохимических батарей с использованием кристаллохимического анализа.

Концепция создания цифровых интеллектуальных датчиков на...

Рассматриваемый электрохимический чувствительный элемент серии MQ-135 реагирует на наличие в воздухе углекислого газа, окиси углерода, аммиака, паров спирта и бензина, метана и горючих газов, кроме

Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях.

Анализ газочувствительности полупроводниковых...

[1, 3]. Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров на основе металлооксидных слоев заключается в обратимом изменении электрофизических свойств при адсорбции заряженных форм кислорода и десорбции продуктов их реакций с молекулами...

Разработка перколяционной модели газовых сенсоров

Рассмотрим чувствительный элемент газового сенсора, селективно распознающий какой-либо газ-восстановитель. Кислород, который всегда находится в окружающей среде в высокой концентрации (> 20 %), вместе с...

Автоматический анализатор для мониторинга фтористого...

Разработан сенсор и анализатор для непрерывного автоматического контроля содержания фтористого водорода в газовых средах. Анализатор ГА-HF может работать в непрерывном режиме в различных системах контроля фтористого водорода...

Анализатор воздуха на платформе Arduino

MQ-2 относится к полупроводниковым приборам.

Внутри трубки проходит элемент, нагревающий чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на газ.

Сенсор включает в себя резистивный компонент измерения влажности и компонент...

Разработка лабораторного оборудования для получения...

...покрытиях, чувствительных элементов газовых сенсоров, структур для оптоэлектроники, твердооксидных топливных элементов и

Распылитель и нагреватель располагаются внутри реакционной камеры, поэтому именно в ней протекают основные этапы, приводящие к...

Методы синтеза пленок модифицированного диоксида олова и их...

Указанная модель справедлива для сенсоров, полученных по толстопленочной и керамической технологиям при низких температурах спекания (не

Аверин И.А., Никулин А.С., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Чувствительный элемент газового сенсора с...

Автоматическое определение фтористого водорода в газовых...

фтористый водород, газовая среда, диаграммная лента, измеряемый компонент, испытуемая газовая среда, смесь, сенсор, переходной процесс, относительная влажность, газовая проба.

Аналитические сенсоры с использованием вибрационной ячейки...

Селективные полупроводниковые сенсоры для определения содержания фтористого водорода. Поиск неорганических материалов для создания Na-ионных электрохимических батарей с использованием кристаллохимического анализа.

Концепция создания цифровых интеллектуальных датчиков на...

Рассматриваемый электрохимический чувствительный элемент серии MQ-135 реагирует на наличие в воздухе углекислого газа, окиси углерода, аммиака, паров спирта и бензина, метана и горючих газов, кроме

Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях.

Анализ газочувствительности полупроводниковых...

[1, 3]. Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров на основе металлооксидных слоев заключается в обратимом изменении электрофизических свойств при адсорбции заряженных форм кислорода и десорбции продуктов их реакций с молекулами...

Разработка перколяционной модели газовых сенсоров

Рассмотрим чувствительный элемент газового сенсора, селективно распознающий какой-либо газ-восстановитель. Кислород, который всегда находится в окружающей среде в высокой концентрации (> 20 %), вместе с...

Автоматический анализатор для мониторинга фтористого...

Разработан сенсор и анализатор для непрерывного автоматического контроля содержания фтористого водорода в газовых средах. Анализатор ГА-HF может работать в непрерывном режиме в различных системах контроля фтористого водорода...

Анализатор воздуха на платформе Arduino

MQ-2 относится к полупроводниковым приборам.

Внутри трубки проходит элемент, нагревающий чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на газ.

Сенсор включает в себя резистивный компонент измерения влажности и компонент...

Разработка лабораторного оборудования для получения...

...покрытиях, чувствительных элементов газовых сенсоров, структур для оптоэлектроники, твердооксидных топливных элементов и

Распылитель и нагреватель располагаются внутри реакционной камеры, поэтому именно в ней протекают основные этапы, приводящие к...

Методы синтеза пленок модифицированного диоксида олова и их...

Указанная модель справедлива для сенсоров, полученных по толстопленочной и керамической технологиям при низких температурах спекания (не

Аверин И.А., Никулин А.С., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Чувствительный элемент газового сенсора с...

Задать вопрос