Введение к работе
' 431їальнобть__темн. задача анализа состава газовой среда встает во многих областях деятельности человека: промышленности, транспорте, медицине. В условиях постоянно растущих выбросов в атмосферу различных токсичных и взрывоопасных газов необходимой предпосылкой для нормальной жизнедеятельности человека, обеспечения безопасных условий его труда, безаварийной и экономичной работы технологического оборудования является обеспечение не только на промышленном и научном, но и на бытовом уровне газовыми датчиками и системами на их основе.
Адсорбщюнно-полупроводниковые газовые датчики (АПГД) позволяют решать наиболее широкий круг измерительных задач и в силу ряда существенных достоинств, к которым относятся низкая стоимость и малые размеры, высокая чувствительность, простота -обслуживания и эксплуатации, возможность переносного исполнения, могут . в наотоящее время считаться наиболее перспективным направлением развития газоаналитической аппаратуры.
Экономические прогнозы предсказывают лавинообразный рост потребностей мирового хозяйства в датчиках этого типа. В то же время, их широкое применение сдерживается рядом факторов, основными из которых являются недостаточная долговременная стабильность и низкая селективность существующих моделей датчиков.
Механизм детектирования и свойства АПГД зависят не только от материала чувствительного слоя, но и от технологических процессов, формирующих его поверхность и структуру. Закономерности физико-химических процессов, протекающих при формировании -чувствительного слоя и при его взаимодействии с окружающей средой, на сегодняшний день изучены недостаточно. Поэтому решение задачи целенаправленного синтеза стабильных газовых датчиков на - основе диоксида олова требует комплексного исследования закономерностей формирования чувствительных слоев и влияния газовых сред на их характеристики.
Ш^ь_работыл Исследование процессов и разработка технологии Формирования газочувстЕителышх элементов на основе диоксида
олова, позволяющей получать быстродействующие газовые сенсоры, характеризующиеся высокой долговременной стабильностью параметров, а также исследование свойств, газочувствительных элементов (ГЧЭ), направленное на оптимизацию режимов их эксплуатации и изучение возможности их использования для приборной реализации.
Нау_чная_йовизна_работыд
1.Разработана технология формирования газочувствительных слоев диоксида олова, основанная на вакуумном напылении и термическом окислении чувствительной пленки. Технология позволяет получать активные слои, характеризующиеся высокой долговременной стабильностью параметров.
2.Проанализированы закономерности испарения сплавов олова-меди "и установлены условия напыления, обеспечивающие достаточную воспроизводимость слоев по составу.
3.Исследованы фазовые превращения в системе Sn-0 в процессе термического окисления пленок олова. Впервые показана последовательность фазовых превращений при окислении пленок олова на воздухе при низкой температуре.
4.Изучен характер температурных и концентрационных зависимостей чувствительности и времени ответа полученных активных элементов. Показана долговременная стабильность' их параметров.
5.Предложена феноменологическая модель, описывающая механизм работы сформированных сенсоров.
Орактическая_ценность_работы.
1.Разработана технология изготовления газовых датчиков на основе диоксида олова, обеспечивающая возможность серийного производства.
2.Рвзработана конструкция датчика с использованием стандартных корпусов микросхем и изготовлены опытные образцы газовых датчиков.
3.Оптимизированы эксплуатационные характеристики газовых датчиков, показаны селективность и высокая долговременная стабильность полученных газочувсгвительных элементов при
температуре эксплуатации 280 С.
4.Изготовлены и испытаны экспериментальные образцы приборов для детектирования и измерения концентраций различных газов.
0сновние_научные_полож8ния.
1.Газочувствительные элементы на основе диоксида олова, характеризующиеся высокой чувствительностью к группе газов и быстродействием, а также долговременной стабильностью параметров, могут быть получены путем вакуумного напыления и последующего термического окисления слоя олова с примесью меди.
2.Термическое окисление пленок олова на воздухе при низких температурах проходит через следующие . стадии:
Sn—>SnO >SH304 >Sn02-аморфный. Для структурирования
диоксида олова необходимо повышение температуры отжига до значений порядка 700 К.
3.Выходные параметры газовых датчиков, изготовленных в соответствии с разработанными процессами и эксплуатируемых в установленных условиях, обеспечивают возможность создания на их основе приборов для контроля и анализа состава атмосферы.
АпробациялбдтНі Материалы диссертационной : работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ им. В.И.Ульянова (Ленина) 1991-1994 гг., а также докладывались на Международной научно-технической конференции "Сенсор-техно" . (Санкт-Петербург, 1993 г.), IV Всероссийском совещании "Физика и технология широкозонных полупроводников" (Махачкала, 1993г.).
Йбликацюк По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ: 4 статьи и тезисы 3 докладов.
Структїра_и_обьем_работнл Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка. литературы. включающего 126 наименований. Основная часть работы изложена на 163 страницах машинописного текста. Работа содержит 56 рисунков, 13 таблиц.
