Исследование взаимодействия газов с поверхностью полупроводниковой пленки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛЕНКИ

Поликарпова Ю.С.

В настоящее время, в условиях быстрого роста промышленности особенно актуальны вопросы контроля экологических параметров жизнедеятельности человека и окружающей среды. Это приводит к необходимости совершенствования средств измерения химического состава газовых сред и создания более эффективных и недорогих измерительных приборов. К числу газов-загрязнителей атмосферы относят оксид углерода (II), углеводороды (метан, пропан, пары бензина), аммиак, оксиды азота, озон и др., которые могут являться причинами ряда экологических проблем. С этой точки зрения наиболее перспективны газоанализаторы с полупроводниковыми адсорбционно-чувствительными элементами в связи с их высокими сенсорными свойствами при относительно низкой стоимости. Действие их основано на изменении проводимости датчика при адсорбции газов.

Известно, что оксиды азота негативно влияют на здоровье людей, окружающую среду. Основным антропогенным источником выбросов оксидов азота является сжигание ископаемого топлива стационарными установками при производстве теплоты и электроэнергии. Большую роль, особенно в промышленных регионах, играют выбросы автотранспорта, химических предприятий по производству азотной кислоты, взрывчатых веществ и т. д. В целом энергетика и транспорт дают около 95% антропогенных выбросов оксидов азота, в связи с чем контроль за их содержанием приобретает особую актуальность. Известно, что в дымовых газах энергетических котельных установок присутствуют, в первую очередь, NО и NO2, при этом содержание последнего составляет 2-10% от суммы оксидов азота. В дальнейшем весь оксид азота за счет фотохимических реакций в атмосфере переходит в NO2.

Таким образом, в проблеме охраны атмосферного воздуха практическое значение имеет определение как оксида (NO), так и диоксида азота (NO2), сумму которых часто обозначают NOх. Другие оксиды азота не считаются важными с биологической точки зрения.

Наиболее простым и распространенным методом количественной оценки хемосорбционного взаимодействия является измерение проводимости или омического сопротивления сенсорного элемента, на основе которого и развивались химические сенсоры, в том числе на полупроводниковой основе. Под влиянием адсорбции на поверхности полупроводника молекул газа, которая зависит от его концентрации при данной температуре, изменяется поверхностная проводимость и, как следствие, электрическое сопротивление полупроводника. В зависимости от характера хемосорбционного взаимодействия, имеющего донорную или акцепторную природу по отношению к материалу полупроводника, сопротивление сенсорного элемента при детектировании молекул газа может, как возрастать, так и снижаться. Отсюда за количественную меру адсорбционной чувствительности можно принять кратность изменения сопротивления сенсора после его контакта с определяемым газом, которая является результирующей всей совокупности состояний конкретного хемосорбционного комплекса. Когда поверхности полупроводника достигают молекулы газа, сродство которых больше работы выхода, они стремятся получить электрон из зоны проводимости полупроводника и, таким образом, хемосорбируются на поверхности. В результате адсорбции акцепторных молекул поверхность адсорбента обедняется свободными носителями, а его омическое сопротивление возрастает. В случае донорной природы адсорбируемого газа характер изменения поверхностной проводимости материала сенсора будет противоположным. Можно предположить, что адсорбционная чувствительность сенсорного материала в основном будет определяться физико-химической природой, толщиной, микроструктурой, химическим составом и условиями синтеза полупроводниковой пленки. газовый хемосорбционный полупроводник

Отклик сенсорных элементов, изготовленных на основе пленок сульфида свинца и твердых растворов CdxPb1xS к различным газам мы оценивали по величине поверхностного сопротивления полупроводникового слоя, отражающего изменение концентрации свободных носителей, участвующих в переносе тока. В свою очередь, концентрация свободных носителей пропорциональна числу адсорбированных частиц газа. Т. е. принцип действия сенсора основан на эффекте трансформации величины адсорбции непосредственно в электрический сигнал.

Размещено на Allbest.ru