Содержание к диссертации
Введение
1. Металлооксидные газочувствительные сенсоры 9
1.1. Газовые сенсоры на основе диоксида олова 10
1.1.1. Методы изготовления тонких металлооксидных пленок 10
1.1.2. Диоксид олова, как материал для газочувствительных сенсоров 11
1.1.3. Модель электропроводности пленок SnOx 13
1.1.4. Принцип работы газовых сенсоров на основе Sn02-x 16
1.1.5. Изменение структуры поликристаллических пленок в процессе: отжига 23
1.2. Легирование диоксида олова 26
1.3. Влияние каталитических добавок на свойства сенсоров 29
1.4. Влияние влажности на свойства сенсоров 37
1.5. Матрица газовых сенсоров 40 В ыводы по первому разделу 45
2. Исследование параметров газовых сенсоров на основе диоксида олова с различными добавками 47
2.1. Конструкция и технология изготовления газочувствительных сенсоров 48
2.2. Формирование и стабилизация свойств пленок температурными отжигами 62
2.3. Газочувствительные свойства сенсоров 77
2.3.1. Установка для исследования
газочувствительных свойств сенсоров 78
2.3.2. Исследование газочувствительных свойств сенсоров с различными пленками 80
2.3,3. Исследование влияния продолжительной термообработки на газочувствительные свойства сенсоров с различными добавками 93
2,4. Обсуждение результатов 100
Выводы по второму разделу 104
3. Матрица газовых сенсоров 106
3.1. Установка матричного газового анализатора для реализации проекта "Электронный нос" 107
3.1.1. Блок ручного управления температурой нагревателей 108
3.1.2 Камера газового анализа 108
3.1.3. Блок ручного измерения 110
3.1.4. Описание интерфейсной платы сбора данных L-305 110
3.2. Методика исследования газовой чувствительности 111
3.3 Результаты исследования параметров матрицы сенсоров 112
3.3.1. Исследование стабильности сопротивления матрицы газовых сенсоров 120
3.3.2. Исследование стабильности чувствительности 'ф матрицы сенсоров 121
3.3.3. Исследование зависимости чувствительности матрицы сенсоров от дозы вводимого вещества 124
3.4. Исследование влияния условий окружающей среды на свойства сенсоров 127
3.5. Обсуждение результатов 132
Выводы по третьему разделу 134
Основные результаты и выводы 135
Список используемой литературы
- Методы изготовления тонких металлооксидных пленок
- Формирование и стабилизация свойств пленок температурными отжигами
- Исследование влияния продолжительной термообработки на газочувствительные свойства сенсоров с различными добавками
- Методика исследования газовой чувствительности
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в связи с резко ухудшайся экологической обстановкой, а также частыми утечками взрывоопасных газов существует практическая необходимость в создании производительных, точных и дешевых сенсоров для обнаружения и измерения предельно допустимой концентрации канцерогенов. В последние пять-семь лет наряду с совершенствованием существующих сенсоров на основе керамики, толстых и тонких пленок двуокиси олова, использующихся для детектирования допустимых концентраций СО, СНд и других газов, за рубежом интенсивно развиваются исследования по поиску новых материалов и созданию приборных устройств типа «электронного носа» на основе матриц сенсоров, отличающихся составом, наличием различных аддитивов, каталитических и пористых покрытий, варьируемой рабочей температурой. Важность создания таких устройств достаточно очевидна, т.к. позволяет решать проблемы мониторинга атмосферы и контроль заводских условий, медицинских проблем и задач пищевой промышленности. Особый интерес представляет исследование возможности различать пары таких реактантов, как спирты; эфир, бензол, ацетон, а также различных парфюмерных жидкостей.
Несмотря на большое число статей, посвященных физико-химическим проблемам работы оксидных сенсоров, и моделям гетерогенных реакций на их поверхности до настоящего времени не существует однозначного понимания особенностей этих реакций, что не в последнюю очередь связано с большим набором методов получения оксидных пленок для газовых сенсоров и вариаций технологических условий их приготовления. Это в значительной мере затрудняет достижение воспроизводимости параметров сенсоров, их стабильности и избирательности. Создание сенсора, реагирующего только на один реагент, не представляется возможным в силу общности окислительных и восстановительных реакций для всех веществ.
Однако известно, что ряд газовых реагентов может приводить к увеличению сопротивления, в то время как большинство вызывают уменьшение, вследствие удаления с поверхности оксидов ионов кислорода, определяющих высокое сопротивление сенсоров в результате эффекта поля в атмосфере содержащей кислород. Таким образом, необходимо, чтобы чувствительность сенсоров в матрице «Электронного носа» была различной для набора реагентов, подлежащих определению. Также достаточно очевидна и важность проблемы идентификации паров вещества, которая, как правило, решается методом сравнения реакции на реагент сенсоров матрицы с заранее полученным «шаблоном», что можно сделать только с применением вычислительных средств.
В связи с вышесказанным
Целью данной работы являлись разработка и исследование ряда сенсоров на основе двуокиси олова, как с известными, так и новыми аддитивами и катализаторами, и создание на их основе матрицы сенсоров, составляющей основу устройства типа «Электронный нос» для идентификации набора паров органических жидкостей. Работа является продолжением исследований, проводившихся на кафедре «Полупроводниковая электроника» МЭИ (ТУ) последние несколько лет.
Для этого было необходимо решить следующие задачи:
Отработать технологию получения реактивным магнетронным напылением с последующей термообработкой пленок БпОг-х с аддитивами Sb, In-Sb, W с каталитическими покрытиями Pt и-металлопорфиринами.
Исследовать их чувствительность к парам спиртов (этилового, метилового, изопропилового), ацетона, эфира, бензола и ряда других реактантов.
Исследовать стабильность их параметров в процессе хранения и эксплуатации при различных рабочих температурах и влажности окружающей атмосферы.
4. Создать установку и отработать методику использования матрицы сенсоров в устройстве типа «Электронный нос» с последующей компьютерной обработкой результатов измерения для исследования возможности идентификации реактантов.
Объектом реализации указанных исследований являются тонкопленочные нанокристаллические сенсоры на основе диоксида олова, полученные реактивным магнетронным напылением на подложках из кварца с шероховатой поверхностью.
Научная новизна
Впервые созданы и исследованы сенсоры на основе пленок SnCb-x, полученных магнетронным реактивным напылением с одновременным введением двух аддитивов Sb и In, обладающие повышенной чувствительностью к парам ряда органически веществ.
Впервые созданы и исследованы сенсоры на основе пленок SnC>2-x, полученные магнетронным реактивным напылением с аддитивом W, отличающихся высокой чувствительностью к бензолу.
Впервые исследовано каталитическое влияние металлопорфиринов, нанесенных на поверхность сенсоров с аддитивами Sb и W. В случае Sb обнаружено превосходящее каталитическое действие металлопорфирина по сравнению с Pt. В случае W, напыление, как порфиринов, так и Pt не улучшает чувствительности сенсоров.
Впервые обнаружено воздействие паров этилового эфира на сенсоры, приводящее к увеличению их сопротивления в определенном диапазоне рабочих температур, что увеличивает вероятность идентификации эфира.
Впервые создан макет устройства «Электронный нос» на основе матрицы из 24 разработанных сенсоров, отличающихся по селективности.
Показана перспективность разработанных сенсоров для использования их в данном устройстве и решения ряда практических задач, связанных с идентификацией паров ряда химических реактантов.
Достоверность результатов обеспечена воспроизводимостью и самосогласованностью полученных данных, применением стандартной измерительной аппаратуры и приемов обработки данных, непротиворечивостью с результатами других исследователей.
Практическая значимость работы заключается в совершенствовании технологии создания сенсоров на основе пленок БпОгос, полученных магнетронным реактивным напылением с рядом новых аддитивов, что позволяет расширить возможность их использования в матрице макета устройства типа «Электронный нос». В разработке указанного макета и определения его эффективности и применимости для идентификации паров широкого набора жидких органических реактантов.
Основные положения, выносимые на защиту.
Одновременное введение двух аддитивов в газочувствительный слой сенсоров позволяет не только регулировать концентрацию носителей заряда, но и значительно повысить чувствительность и селективность сенсоров, вследствие особенностей формирования поверхности, в частности на примере одновременного введения аддитивов In и Sb.
Пары одних и тех же органических веществ могут, как уменьшать сопротивление сенсоров, выступая в качестве восстановителей, так и увеличивать сопротивление, способствуя возникновению отрицательно заряженных ионов на поверхности.
Сенсоры на основе тонких пленок Sn02.x с различными аддитивами, полученные магнетронным реактивным напылением, позволяют создать устройство типа «Электронный нос» для идентификации паров ряда органических веществ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 31, 32, 34, 35 Международных научно-технических семинарах Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (г. Москва, 2000, 2001, 2002, 2004), на Всероссийской конференции с международным участием «Siberian Russian Student Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2001» (г. Новосибирск, 2001).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ и 6 тезисов докладов на научных конференциях, поданы две заявки на изобретение №2005126239 от 18.08.2005 «Датчик определения концентрации газов» и №2005127669 от 05,09.2005 «Датчик определения концентрации газов».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы. Работа изложена на 154 страницах, содержит 63 рисунка, 11 таблиц, 18 формул и 108 библиографические ссылки.
Методы изготовления тонких металлооксидных пленок
Производство приборов на основе металлооксидных соединений подразделяется на 3 основных группы: керамические сенсоры, толстопленочные [11-14] и тонкопленочные [6, 15, 16]. Толстопленочным и керамическим сенсорам могут быть свойственны такие недостатки как плохая воспроизводимость от образца к образцу, сильная зависимость характеристик от окружающих условий (температура, влажность), большие времена стабилизации. Данные трудности можно решить, используя в качестве газочувствительного элемента тонкопленочные образцы. Современные технологии позволяют получить тонкопленочные структуры с хорошо сформированными зернами и контролем содержания собственных дефектов, что в дальнейшем определит газочувствительные свойства сенсоров.
На сегодняшний день разработаны и применяются различные методы напыления тонких пленок: метод двойного ионного пучка [17], высокочастотное катодное и магнетронное распыления [18, 19], а так же активированное реактивное термическое испарение, метод пульверизации [20], химическое осаждение из газовой фазы и импульсное лазерное осаждение [21].
Одним из используемых методов нанесения пленок диоксида олова является метод магнетронного напыления [22, 23, 24]. Он появился в результате усовершенствования вакуумных систем диодного распыления. В магнетронных системах распыление материала происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа (как правило, аргона), образующимися в плазме тлеющего разряда. Высокая скорость распыления достигается увеличением плотности ионного тока за счет локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени с помощью сильного поперечного магнитного поля. Основными элементами устройства являются анод, катод-мишень и магнитная система. Данная методика удобна для создания пленок с различными аддитивами и задаваемыми параметрами.
В качестве газочувствительных слоев сенсоров на основе металлоксидов используются такие широко известные материалы как Sn02, ZnO, Ti02, W03 и другие. Все эти материалы при нормальных атмосферных условиях и рабочих температурах 200-400С имеют обедненную электронами поверхность [6], при этом Sn02, как правило, работает при более низких температурах.
В силу этого факта, а также ряда других преимуществ наибольшее число сообщений в периодической литературе посвящено сенсорам на основе Sn02. [6, 11,17, 18,23,24]
Диоксид олова это широкозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны по данным авторов [25] в диапазоне 3,87-4,3 эВ. Электропроводность нелегированного оксида олова, в интересующем нас диапазоне температур 100—450С, носит примесный характер за счет ионизации вакансий кислорода, создающих донорные центры, уровень которых в запрещенной зоне оценивается в 0,12-0,15 эВ [26]. Пленки, полученные гидролизом, пиролизом гидроксида олова, а так же реактивным магнетронным распылением обычно бывают недоокисленными., В этом случае, наличие вакансий кислорода и обуславливает электронную проводимость пленок.
Диоксид олова - материал кристаллизующийся в тетрагональную структуру рутила [26] и имеющий параметры элементарной ячейки а=4,738А, с=3,188А.
Исследование температурной зависимости концентрации п и подвижности свободных электронов ц. методом эффекта Холла показало, что при комнатной температуре исходные образцы характеризуются сравнительно высокими значениями этих величин: п 1 1015 см"3 и 100 см2/(В с). При слабо выраженной зависимости подвижности от температуры концентрация свободных электронов с ростом температуры от 20С до 150-- 200 С увеличивается как у полупроводников, а затем падает [27].
Формирование и стабилизация свойств пленок температурными отжигами
Стабильность параметров сенсоров, таких как чувствительность и сопротивление, особенно важна для практического применения сенсоров. Она зависит от многих факторов таких как: микроструктура слоев диоксида олова, вид металлических контактов, температурная постоянная сопротивления, механическая прочность газочувствительных слоев.
Согласно литературным данным, а так же проведенным нами экспериментам было установлено, что сопротивление пленок диоксида олова нестабильно во времени. Некоторое повышение их стабильности удается достигнуть при помощи отжигов - выдержки их в течении некоторого времени при температурах превышающих рабочие. [102 - 104]
На рис. 2.5 представлены температурные зависимости сопротивления пленок с аддитивами Sb и In-Sb при медленном нагреве до 600С, выдержке в течение 1,5 часов и медленном охлаждении.
При рассмотрении характера зависимостей можно отметить его идентичность у всех исследуемых сенсоров (рис. 2.5). Такие зависимости являются типичными. На кривых нагрева, как правило, наблюдается минимум около 170С, однако при охлаждении сопротивление при данных температурах проходит через менее выраженный минимум. В процессе нагрева с ростом температуры до 140С-150С происходит уменьшение сопротивления вследствие увеличения концентрации свободных носителей заряда в зоне проводимости за счет их термического возбуждения. Дальнейший рост сопротивления объясняется адсорбцией молекул кислорода на поверхности пленки, образованием отрицательно заряженных ионов, вызывающих эффект поля. До температуры примерно 400С наблюдается увеличение сопротивления, которое, при первичной термической обработке пленок, можно объяснить доокислением пленки SnC 2-x и образованием на поверхности пленки отрицательно заряженных ионов кислорода, вызывающих эффект поля.
Температурные зависимости сопротивлений сенсоров при термической обработке а. пленки диоксида олова с добавкой In-Sb (68-3-18) б. пленки диоксида олова с добавкой Sb (52-1-11)
При температурах свыше 400С характер температурной зависимости сопротивления изменяется, происходит уменьшение сопротивления, что является результатом преобладания процессов десорбции над процессами адсорбции, плотность заряженных ионов кислорода на поверхности газочувствительной пленки не растет, а изменение сопротивления определяется в основном температурным возбуждением носителей заряда с более глубоких донорных уровней в объеме пленки Sn02-x При охлаждении на начальном этапе концентрация заряженных ионов кислорода остается высокой, наблюдается гистерезис кривой температурной зависимости сопротивления. С дальнейшим спадом температуры примерно до 150С происходит уменьшение сопротивления за счет более явного преобладания процесса десорбции над адсорбцией и далее сопротивление газочувствительной пленки стремится к равновесному значению. В результате отншга сопротивления пленок при температуре ЗООК может увеличиваться. Сопротивление может измениться в несколько раз (рис. 2.5.а), но может произойти и изменение сопротивления на несколько порядков (рис. 2.5.6), однако, во время последующих температурных нагревов столь сильного роста значения начального сопротивления пленок происходить не будет. Аналогичный характер температурной зависимости сопротивления наблюдается и при первоначальном отжиге до 350С с выдержкой при данной температуре в течении 1,5 часов.
Во время выдержки образцов при температурах 350С, 600С в течении первых 10-20 минут сопротивление пленок быстро растет, а затем рост замедляется и за 1,5-2 часа происходит стабилизация значения сопротивления.
Выбор температуры отжига так же является непростой задачей. Как правило, для пленок, чья рабочая температура лежит в интервале от 180С до 25 0С, термической обработки при 350С достаточно для окончательного формирования поверхности и достижения определенной стабильности сопротивления, требуемой для дальнейшей эксплуатации устройства. Отжиги при температурах 350С и 600С дают достаточную чувствительность и указанную стабильность. Обработка же при средней температуре, 450С к увеличению стабильности не приводит. Вероятно, этот факт можно объяснить тем, что при отжиге при 350С в основном в изменении проводимости принимают участие поверхностные состояния, а при 600С происходят объемные изменения в пленке. Что касается 450 С, то здесь процесс становится более сложным, т.к. при данной температуре в изменение сопротивления начинают вносить вклад объемные изменения в пленке.
Как уже было сказано, свойства получаемых пленок в сильной степени зависят от режимов напыления, так начальное сопротивление пленок в основном определяется давлением газовой смеси в процессе напыления (раздел 2.1 п.З). На рис. 2.6 показаны температурные зависимости сопротивлений пленок, полученных при различных режимах напыления (нелегированные пленки диоксида олова).
Температурные зависимости сопротивлений пленок, полученных при различных режимах напыления а - напыление при сдвиге от минимума на 1-Ю"4 Торр (обр. 70-3-2) б - напыление при сдвиге от минимума на 4-Ю"4 Торр (обр. 68-1-14)
На рисунке введены обозначения: ні - первый нагрев после термического отжига, н2 - второй нагрев, ol - охлаждение после первого нагрева, о2 - охлаждение после второго нагрева.
При большем сдвиге от минимума вправо начальное сопротивление пленок растет, что объясняется более высоким содержанием кислорода при большем давлении газовой смеси. Так при сдвиге от минимума на 1-Ю"4 Торр и на 4-Ю"4 Торр начальное сопротивление изменяется на порядок, а так же происходит сдвиг минимума на кривых нагрева в сторону меньших температур, что говорит о более раннем образовании ионов кислорода на поверхности пленки. В обоих случаях сопротивление после охлаждения возвращается к первоначальному значению. В процессе охлаждения сопротивление пленок, с меньшем содержанием кислорода продолжает расти вплоть до температур 130-200С, ионы кислорода долго остаются на поверхности.
Энергия активации изменения проводимости рассчитывалась в трех температурных интервалах; до 80С - Eam-ь где вклад в проводимость дают только атомы примеси; от 80 С до наступления минимума на температурных кривых сопротивления - Еакгп,- участок, где на поверхности начинают образовываться ионы кислорода и после прохождения минимума примерно до 250 С - Ежт2 где происходят процессы адсорбции молекул газообразного вещества. Результаты расчета энергии активации для температурных кривых сопротивления, показанных на рис,б приведены в табл. 2.2.
Исследование влияния продолжительной термообработки на газочувствительные свойства сенсоров с различными добавками
В разделе 2.3.2. приведены результаты исследований газочувствительных свойств пленок с различными добавками, предварительно отожженных в течение 1,5 часов до 350С или 600С. Согласно многим литературным источникам, а так же нашим наблюдениям, в некоторых случаях для повышения стабильности чувствительности необходим более продолжительный отжиг. Для реализации данной цели нами была создана специальная установка, позволяющая проводить постоянный долгосрочный отжиг при высоких температурах. Для выбора температуры для продолжительного отжига были сделаны предварительные исследования. Температура для продолжительного отжига была выбрана 600С. Время отжига варьировалось от 24 часов до 6 суток.
При выяснении влияния длительного отжига нами проведено исследование на серии образцов с добавкой сурьмы, прошедших предварительную термическую обработку в течение 1,5 часов при 350С, для которых сопротивление при рабочих температурах 180-200С не превышало 10 кОм. Они показывали крайне низкую чувствительность (до 10%) ко всем реагентам. Это было связано с тем, что составная мишень содержала большее количество Sb, в результате чего содержание сурьмы в пленках превысило 1-2 % ат.в. Именно на данных образцах решено было провести первичный эксперимент по определению влияния продолжительного отжига на их газочувствительные свойства. Однако, время требуемое для получения оптимального эффекта изначально было неизвестно. Отжиг при 600С с непрерывным поддержанием температуры проводился в течение 24 часов, 48 часов и 6 суток. Результаты приведены на рис. 2.24. Сопротивление пленок при рабочих температурах после отжигов выросло на порядок. Относительная чувствительность увеличилась в 2-3 раза, однако, изменились и рабочие температуры в сторону увеличения, вместо свойственных для пленок с данной добавкой температур в интервале 180-200С, после продолжительных отжигов они стали более 250С.
Исходя из полученных результатов, относительно продолжительности отжига можно сделать вывод, что термическая обработка в течении 6 суток не является целесообразной, т.к. значительного эффекта здесь не достигается, однако, сильно усложняется технологический процесс приготовления сенсоров к функционированию.
Интересно так же было рассмотреть и влияние продолжительной термической обработки на отклик сенсоров с добавкой сурьмы при реакции на эфир. Согласно данным, приведенным на рис.2.25, изменение сопротивления при реакции на все исследуемые вещества, кроме эфира носил восстановительный характер, а при напуске паров эфира происходило значительное увеличение сопротивления. Данная реакция пленки диоксида олова с добавкой сурьмы наблюдалась при рабочих температурах до 180-200С, с ростом температуры сопротивление пленки при напуске паров реагента уменьшалось подобно и реакции с другими веществами. Для пленок с добавкой сурьмы и каталитическим платиновым слоем на поверхности граница температур, при которых происходило изменение окислительного процесса на восстановительный при реакции с эфиром немного сдвигалась в сторону больших значений (210-230С).
Максимальные значения чувствительности были установлены у пленок с добавкой сурьмы и платиновым каталитическим слоем на поверхности. Изменения сопротивления при рабочих температурах 180-200С происходили в 4-5 раз (рис. 2.26). У пленок с платиной на поверхности изменения- характера отклика при повышении рабочих температур не наблюдалось вплоть до 300С.
В связи с разным характером отклика на эфир и другие вещества, был проведен эксперимент по исследованию реакции сенсоров на одновременный ввод в камеру газового анализа двух веществ (например, этиловый спирт и эфир, рис. 2.27). Рабочая температура сенсора составляла 240С.
Из зависимостей 1 и 4 видно, что характер изменения сопротивления при реакции на чистый этиловый спирт и эфир принципиально разный. Кривая 2 соответствует реакции сенсора на одновременный ввод в камеру газового анализа 1 мкл этилового спирта (порядка 110 ррт в пересчете в газообразное вещество) и 1 мкл эфира (60 ррт), несмотря на высокую чувствительность сенсора к эфиру и относительно низкую к этиловому спирту, тем не менее, произошло незначительное уменьшение сопротивления. При одновременном вводе Г мкл этилового спирта (ПО ррт) и 2 мкл эфира (120 ррт) сопротивление сенсора немного снизилось, но через 30 секунд выросло приблизительно на 50%, таким образом, скорость реакции на этил превосходит скорость реакции на эфир.
Методика исследования газовой чувствительности
Корректная работа матрицы сенсоров для концентрационного анализа состава атмосферы зависит от многих параметров, в том числе и от долговременной стабильности сопротивления элементов матрицы, т.к. известно, что структура и газочувствительные свойства активной области сенсора подвержены изменениям во времени, а так же в результате многочисленных экспериментов. Устройство, содержащее матрицу из 24 сенсоров, позволяет одновременно исследовать свойства всех сенсоров в процессе воздействия реагентов и влажности. Нами исследование стабильности сопротивления в процессе работы проводилось в течении 8 суток, при чем на сенсорах круглосуточно поддерживалась постоянная рабочая температура и матрица находилась в камере для газового анализа.
В течение указанного временного периода постоянно проводились эксперименты во время которых в камеру вводились пары того или иного реагента, а так же пары воды. В целом можно отметить, что со временем у всех сенсоров, произведенных предложенным нами технологическим способом, наблюдается монотонный рост сопротивлений причем сопротивление сенсоров с большим начальным значением подвержено более сильному росту (рис. 3.7, см. Приложение рис. П1-П4).
Для более удобного анализа все сенсоры системы разделены на группы в соответствии с конкретными добавками (рис. 3.7). У пленок с добавкой сурьмы, вольфрама и нелегированных образцов сопротивление изменяется максимально приблизительно в 1,5 раза. Сопротивление пленок с одновременной добавкой индия и добавкой индия и сурьмы изменилось в 2-2,5 раза.
При краткосрочном измерении изменения сопротивления сенсоров матрицы во времени фиксировались перед началом эксперимента и далее с интервалом в 1 час непосредственно после исследований всех реагентов, а также далее через каждые 10 минут. Сразу после окончания эксперимента, у многих сенсоров матрицы наблюдались заметные изменения сопротивления, достигающие ±30% от первоначального значения. Однако, после 10-20 мин. у 90% сенсоров значение сопротивления приходило к первоначальному значению с погрешностью 3-5%.
Наиболее важным фактором при анализе работы системы в целом, а так же подбора методики для обработки сигнала, является стабильность чувствительности. Исследуем изменение чувствительности во времени аналогично исследованиям по изменению сопротивления (краткосрочно и долгосрочно) при реакции сенсоров на различные реагенты. Доза вводимого вещества была постоянной, изменение влажности не превышало 5-10%, т.о. можно считать, что влияние посторонних факторов на показатели стабильности мало. Сразу после нагрева сенсоров была измерена чувствительность к исследуемым реагентам (этиловый, метиловый, изопропиловый спирты, ацетон, бензол, эфир, водка, одеколон). Повторные измерения были проведены через 48 часов, 192 часа, 216 часов, 217 часов после начала измерений.
На рис. 3.8-3.13 показаны результаты экспериментов. При измерении чувствительности сенсоров непосредственно после нагрева и через 48 часов, было обнаружено увеличение чувствительности в 1,5-2 раза, что связано с требуемым продолжительным временем для вхождения сенсоров в рабочий режим и формирования поверхности.
В целом, за все время наблюдений (8 суток) наблюдались небольшие флуктуации, что можно связать с незначительными изменениями условий окружающей среды, а так же погрешностями при введении дозы реагента.
Несмотря на то, что при измерении чувствительности сопротивление сенсоров не приходит к первоначальному значению и отличается до 30%, краткосрочное измерение после часа (точки, соответствующие 216 часам, 217 часам) изменения чувствительности не превосходят 10%—20%. Наибольшие изменения чувствительности во времени замечены у образцов, изменение сопротивления которых при помещении в атмосферу, содержащую пары реагента происходило более чем на порядок. Так же не наблюдалось отравления сенсоров исследованными реактантами.
