авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»)

УДК: 539.23;

621.315.592;

621.3.082.8

№ госрегистрации

Инв.№

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научной работе и инновационной деятельности ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет»

д-р техн. наук, профессор И.И. Артёмов 03.11. ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ Мультисенсоры на основе пористых наноструктурированных материалов по теме:

ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ (промежуточный) ГК № 07.514.12.4014 от 06.10.2011, Шифр: 2011-1.4-514-126- Научный руководитель заведующий кафедрой нано- имикроэлектроники, д-р техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» И.А. Аверин подпись, дата Нормоконтролер Т.Н. Рыжова подпись, дата Пенза СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ Руководитель темы, заведующий кафедрой НиМЭ ПГУ д.т.н., профессор _ И.А. Аверин (разделы 1, подпись, дата 3, 4, 6) Ответственный исполнитель, доцент кафедры НиМЭ ПГУ, к.т.н. _ Ю.В. Аношкин подпись, дата (разделы 4) Исполнители темы доцент кафедры НиМЭ ПГУ В.Б. Абрамов подпись, дата (раздел 7) доцент кафедры микро- и, наноэлектроники «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина)», к.ф.-м.н., доцент _ О.А. Александрова подпись, дата (разделы 1, 3) доцент кафедры НиМЭ ПГУ, к.т.н. Ю.А. Вареник подпись, дата (раздел 1) доцент кафедры НиМЭ ПГУ, к.т.н., доцент А.Н. Головяшкин подпись, дата (реферат, введение, разде лы 1, 3, 6, заключение) доцент кафедры микро- и, наноэлектроники «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина)», к.ф.-м.н. И.Е. Грачева подпись, дата (разделы 1, 3) доцент кафедры естественнонаучных и технических дисциплин КИИУТ, к.ф.-м.н., доцент С.Е. Игошина подпись, дата (разделы 5) доцент кафедры НиМЭ ПГУ О.В. Карпанин подпись, дата (раздел 7) доцент кафедры химии ПГУ, к.т.н., доцент К.М. Колмаков подпись, дата (разделы 1) профессор кафедры микро- и, наноэлектроники «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ им.

В.И. Ульянова (Ленина)», д.ф.-м.н., профессор В.А. Мошников подпись, дата (разделы 1, 3) доцент кафедры НиМЭ ПГУ, к.т.н., доцент _ А.М. Метальников подпись, дата (разделы 1) декан факультета естественных наук, нанотехнологий и радиоэлектроники ПГУ, д.т.н., профессор _ Р.М. Печерская подпись, дата (введение, разделы 1, 6, заключение) профессор кафедры НиМЭ ПГУ, д.т.н., доцент Е.А. Печерская подпись, дата (раздел 5) доцент кафедры НиМЭ ПГУ, к.т.н., доцент _ В.А. Соловьев подпись, дата (разделы 2, 5) документовед кафедры НиМЭ ПГУ О.В. Николаева подпись, дата студент группы 07ЕЮ1 И.А. Пронин подпись, дата (разделы 3, 6) студент группы 07ЕЮ1 А.А. Карманов подпись, дата (раздел 1) аспирант кафедры НиМЭ ПГУ _ К.И. Аверин подпись, дата (раздел 3) магистрант группы 06ЕН1м И.О. Бочарова подпись, дата (раздел 1) магистрант группы 06ЕН1м П.И. Спицын подпись, дата (раздел 1) Нормоконтролер, ассистент кафедры НиМЭ ПГУ Т.Н. Рыжова подпись, дата РЕФЕРАТ Отчет 542 с., 11 ч., 106 рис., 35 табл., 422 источника, 1 прил.

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СЕНСОРОВ, ПОЛУПРОВОДНИКО ВЫЕ ОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ, ТОНКОПЛЕНОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, ТОЛ СТОПЛЕНОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ, ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЯ, КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕ РИАЛОВ, МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Объектом исследования являются газочувствительные пленки и чувстви тельные элементы сенсоров на их основе.

Цель работы (первый этап) – провести аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы, связанный с методами получения, исследования свойств композиционных материалов и чувствительных элементов сенсоров на их основе, моделями формирования ма териалов, способов изготовления газочувствительных пленок и чувствительных элементов сенсоров на их основе, а также устройств элементов газочувстви тельных сенсоров.

На данном этапе выполнения НИР произведено обоснование выбора среды анализируемой сенсором, композиционных материалов для чувствительных элементов газовых сенсоров, методов и способов формирования композицион ных материалов и сенсоров на их основе, методов и средств исследования свойств материалов, параметров чувствительных элементов сенсоров, моделей формирования и свойств композиционных материалов на низкоразмерном уровне, конструкции газовых сенсоров В результате анализа методов получения полупроводниковых пленок ок сидов металлов для газовых сенсоров, проведенного в разделе 1, сформулиро ваны следующие основные выводы:

1) необходимо проводить поиск новых и совершенствование используемых технологий получения газочувствительных пленок чувствительных элементов;

2) необходимо оптимизировать качественный и количественный состав ка талитической примеси;

3) газочувствительность пленок зависит от степени развитости поверхно сти (отношения площади кристаллитов или кластеров к их объему) и чистоты поверхности с точки зрения ее адсорбционной способности;

4) в последние годы особое внимание привлекают методы, позволяющие получать пленки, состоящие из наноразмерных образований газочувствитель ного материала (или включающие в себя таковые);

5) на современном этапе методы получения полупроводниковых газочув ствительных пленок на основе оксидов металлов должны обеспечить следую щие показатели: воспроизведение заданного стехиометрического состава, тех нологическая воспроизводимость результатов синтеза пленок, возможность ле гирования и равномерного распределения каталитической примеси, получение пленок с максимально возможной «адсорбционной поверхностью», получения материала с контролируемым размером наноразмерных кластеров, возможность контролируемого изменения средних размеров кристаллитов или наноразмер ных кластеров, внедрения в массовое промышленное изготовление изделий;

6) пленки полупроводниковых оксидов металлов получают различными способами: напыление в вакууме физическими методами, трафаретная печать, анодирование, химическое осаждение;

7) перспективным неразрушающим методом для анализа качественного и количественного состава исследуемых образцов, динамических процессов фор мирования материалов является ИК спектрометрия, основанная на исследова нии колебательного спектра молекул.

8) проанализированы основные методы исследования морфоструктуры ма териалов, к которым относятся растровая электронная микроскопия, скани рующая зондовая микроскопия, оптическая микроскопия, рентгеновская топо графия, электронная микроскопия. Методы сканирующей зондовой микроско пии можно разделить на три группы: сканирующая туннельная микроскопия;

атомно-силовая микроскопия и ближнепольная оптическая микроскопия.

9) при разработке методики получения чувствительных элементов газо вых сенсоров необходимы исследования их электрических характеристик, ко торые включают измерения комплексного сопротивления диэлектрической проницаемости.

10) использование четырёхзондового метода и специальной схемы изме рения позволяет определить удельное сопротивление чувствительных элемен тов газовых сенсоров без использования прецизионных формирователей на пряжения и токов.

11) проанализированы электрические, радиофизические и оптические ме тоды измерения диэлектрической проницаемости композиционных материалов.

12) для исследования диэлектрических свойств материалов, используе мых в газовых сенсорах, применяют, в основном, электрические методы изме рения диэлектрической проницаемости, которые позволяют оценить диэлек трические свойства материалов в рабочем диапазоне частот.

Кроме того, анализ моделей формирования композитных материалов на наноразмерном уровне (п. 1.3) показал, что:

1) процесс получения нанодисперсных матриц кремнезёма может быть осуществлён только методами химической конденсации;

2) в качестве исходного сырья возможно использовать минеральные си ликаты или эфиры ортокремниевой кислоты;

3) реализация метода химической конденсации проводится по «золь – гель» технологии, которая позволяет нанодисперсные системы широкого спек тра размеров и свойств;

4) наиболее распространены следующие методы золь-гель технологии:

гидролиз соли металла при повышенных температурах, частичная нейтрализа ция соли металла с образованием стабильного гидрозоля, полная нейтрализация соли металла с последующим промыванием и пептизацией осадка с образова нием стабильного гидрозоля;

гидролиз металлоорганических соединений (в ча стности алкоксидов);

5) протекание каждой стадии золь-гель технологии зависит от многих факторов и требует тщательного подбора сырья, соотношения реагентов, вре мени, реакции, условий проведения реакции;

6) анализ экспериментальных данных показал, что минеральные силика ты не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым при получении на норазмерных сенсорных матриц кремнезёма (гели диоксида кремния, получен ные из минерального сырья обладают повышенной вязкостью, а при получении ксерогеглей требуют повышенной температуры, причем перевод гелей в ксеро гели сопровождается растрескиванием исходной матрицы);

7) оптимальное сочетание режимом получения и свойств полиоксида кремния имеет место, когда исходным сырьём выступает органические эфира ортокремниевой кислоты. В этом случае удаётся получать высококонцентриро ванные и устойчивые гели диоксида кремния, обладающие относительно невы сокой вязкостью. Это обеспечивает получения тонких плёнок геля на твёрдых положках;

8) из широкого набора алкооксисиланов лучшие результаты в синтезе по лиоксида кремния получаются при использовании в качестве кремнийоргани ческого исходного материала тетраэтоксисилана.

При анализе рынка газовых сенсоров результаты и выводы носят сле дующий характер:

1) определены основные зарубежные и отечественные производители га зовых сенсоров. Проанализирована выпускаемая ими продукция.

2) установлен мировой лидер в инновациях газовых сенсоров - японская компания «Figaro».

3) проанализирован объем продаж продуктов нанотехнологий с 2009 года и составлен прогноз до 2015 года. К самому крупному сегменту нанотехноло гий относятся наноматериалы - вещества и композиции веществ, представляю щие собой естественно или искусственно упорядоченные или неупорядоченные системы с нанометрическими характеристическими размерами и устройства на их основе.

4) исследован мировой рынок газовых сенсоров, включая вторичный ры нок измерителей концентрации газа. Установлена динамика его развития, кото рой отвечает ежегодный прирост рынка в среднем 5,9 %.

Патентные исследования по ГОСТ 15.011-96 способов изготовления газо чувствительных пленок и чувствительных элементов сенсоров на их основе, а также устройств элементов газочувствительных сенсоров представлены в При ложении 1. Основные результаты в разделе 2.

1) Регламент поиска выполнен полностью в соответствии с заданием № на проведение патентных исследований.

2) Достигнута цель поиска информации в соответствии с промежуточным этапом по теме «Выбор направления исследования».

3) Выявлена необходимость исследования патентной чистоты объекта раз работки на заключительном этапе работы.

4) Патентные исследования показали, что перспективным направлением исследований является разработка мультисенсоров на основе пористых наност руктурированных материалов.

5) С учетом технического уровня и тенденций построения газовых сенсо ров конструкцию газового датчика на SnO2 целесообразно реализовать на мем бранах из пористого алюминия, пористого тантала, пористого SiO2+Si3N4 с ис пользованием золь-гель технологии нанесения чувствительного слоя или тех нологии пиролиза.

6) Для контактов чувствительного элемента целесообразен выбор сле дующих материалов: платина, золото или нихром. В качестве материала нагре вателя оправдано использование материала чувствительного элемента.

В разделе 3, где проведено рассмотрение и выбор анализируемой среды, сформулированы следующие выводы:

1) диоксид титана используется в качестве чувствительных элементов датчиков и мультисенсоров для определения концентрации вредных и опасных веществ как HC, CO и NOx (рабочие температуры таких датчиков составляют от 750 до 900 оС);

2) чувствительные элементы датчиков и мультисенсоров на основе оксида олова применяются для контроля концентрации угарного газа, аммиака, серо водорода при температурах нагревателя 100-400 оС;

3) для определения концентрации газов, в основном, кислорода в много компонентных агрессивных жидких и газовых средах применяются чувстви тельные элементы датчиков и мультисенсоров на основе оксида циркония (ра бочие температуры этих сенсоров достигают 500-1000 оС);

4) чувствительные элементы датчиков и мультисенсоров на основе оксида вольфрама применяются для контроля концентрации СО, H2S, NO2, О3, СН4 и NO при рабочих температурах от 100 до 500 оС;

5) диоксид олова используется в качестве чувствительных элементов дат чиков и мультисенсоров для определения концентрации пропана, изобутана, метана, сжиженного нефтяного газ, окиси углерода, водорода, этанола (темпе ратуры нагревателя составляют от 60 до 400 оС);

6) датчики и мультисенсоры на основе полимеров (рабочие температуры таких сенсоров составляют около 200 оС) используются для измерения содер жания влаги в газах, концентрации кислорода, двуокиси азота, сероводорода, аммиака, спирта в газовой фазе, ионов свинца, кадмия и меди в концентрациях от 110-5 до 110-9 моль/л, белков, лекарственных препаратов, витаминов, биоло гически активных соединений, включая пестициды и т.д.

7) создание чувствительных элементов сенсоров для детектирования ме тана и паров этанола обеспечит широкий спектр их применения в таких облас тях, как горно-, нефтедобывающая промышленность, энергетика, металлургия.

жилищно-коммунальное хозяйство, медицина и т.д.

По результатам обзора характеристик материалов (раздел 4) можно сде лать следующие выводы.

1. Диоксид титана используется в качестве чувствительных элементов датчиков и мультисенсоров для определения концентрации вредных и опасных веществ как HC, CO и NOx. Рабочие температуры таких датчиков составляют от 750 до 900 оС.

2. Чувствительные элементы датчиков и мультисенсоров на основе оксида олова применяются для контроля концентрации угарного газа, аммиака, серо водорода при температурах нагревателя 100-400 оС.

3. Для определения концентрации газов, в основном, кислорода в много компонентных агрессивных жидких и газовых средах применяются чувстви тельные элементы датчиков и мультисенсоров на основе оксида циркония. Ра бочие температуры этих сенсоров достигают 500-1000 оС.

4. Чувствительные элементы датчиков и мультисенсоров на основе оксида вольфрама применяются для контроля концентрации СО, H2S, NO2, О3, СН4 и NO при рабочих температурах от 100 до 500 оС.

5. Диоксид олова используется в качестве чувствительных элементов дат чиков и мультисенсоров для определения концентрации пропана, изобутана, метана, сжиженного нефтяного газ, окиси углерода, водорода, этанола. Темпе ратуры нагревателя составляют от 60 до 400 оС.

6. Датчики и мультисенсоры на основе полимеров используются для из мерения содержания влаги в газах, концентрации кислорода, двуокиси азота, сероводорода, аммиака, спирта в газовой фазе, ионов свинца, кадмия и меди в концентрациях от 110-5 до 110-9 моль/л, белков, лекарственных препаратов, ви таминов, биологически активных соединений, включая пестициды и т.д. Ти пичные рабочие температуры таких сенсоров составляют около 200 оС.

Выводы, полученные в разделе 5, определяют выбор методов, способов и средств формирования и исследования композиционных материалов и сенсоров на их основе.

1. Проанализированы особенности хеморезистивного эффекта в полупро водниках, влияние геометрии и микроструктуры газочувствительных полупро водников на условия хемосорбции газов на их поверхности и электронный транспорт в объеме.

2. Показано, что электрофизические свойства газочувствительных полу проводников модифицируются с помощью "поверхностного" или "объемного" легирования. Вклад каждого из этих механизмов определяется процессами в системе легирующий материал-полупроводник, которые, в свою очередь, зада ются условиями работы и изготовления структур. Механизм газовой чувстви тельности гетероструктур SnO2/Si и SnO2(Me)/Si связан с изменением высоты барьера на гетерогранице SnO2 - Si и модификацией плотности поверхностных состояний.

3. Для дифференциации локальных свойств сенсорных сегментов газо чувствительной пленки предлагается применение вариаций внешне индуциро ванных или «внутренних» факторов:

1) нанесение мембранного покрытия Si02 варьируемой толщины поверх газочувствительной пленки;

2) вариация толщины газочувствительной оксидной пленки.

4. Исследование физико-химических, электрофизических и газочувстви тельных характеристик нанокомпозитных пленок SiO2—SnOx— CuOy показало, что для них справедлив полупроводниковый характер проводимости с энергией активации 0,15...0,17 эВ и шириной запрещенной зоны 0,34...0,5 эВ. Концен трация носителей заряда составляет (6...7)1015 см-3.

5. Газочувствительные характеристики при температурах нагрева 100...200 °C проявляются для диоксида азота и зависят от атомарного соотно шения Sn/Cu в пленке ГЧМ и от температуры ее отжига. Сенсоры диоксида азота, изготовленные на основе пленок ГЧМ состава SiO2—SnOx—CuOy, име ют динамический диапазон 0...50 ррт при рабочих температурах 100, 150 °C и 0...70 ррт при рабочих температурах 200 °C. При этом наблюдается отсутствие влияния влаги на результаты измерений.

6. Вариация внутренних свойств или внешне индуцированные изменения условий работы хеморезистивных неорганических полупроводников позволяют управлять селективностью их отклика к газу, и, соответственно, формировать на их основе (в т.ч. однокристальные) мультисенсорные системы для приборов «электронный нос».

7. Получение газочувствительных пленок золь-гель методом, является, на сегодняшний день, наиболее перспективным направлением получения материла чувствительных элементов полупроводниковых газовых датчиков.

8. Выбор оптимальных значений параметров при использовании методов векторной оптимизации в общем случае включает три этапа: определение част ных показателей и критериев эффективности;

нахождение множества Парето;

устранение многокритериальности.

9. Исследования с использованием Фурье-спектрометра обеспечат изуче ние динамических процессов образования композиционных материалов, их со става на различных стадиях формирования золь-гель методом.

10. Применение сканирующей зондовой микроскопии позволит опреде лить параметры морфоструктуры композиционных материалов для различных условий синтеза.

11. Результаты исследований, полученные с использованием Фурье спектрометра и атомно-силового микроскопа, будут положены в основу теоре тических моделей формирования композиционных материалов на низкоразмер ном уровне.

12. Измерения частотных и температурных зависимостей сопротивления и емкости газочувствительных пленок и чувствительных элементов сенсоров позволят исследовать важный параметр газовых сенсоров – чувствительность, а также физические процессы, протекающие в них при различных температурах и частотах.

Выбор моделей формирования и свойств композиционных материалов (раздел 6) основан на следующих выводах:

1) сложность и многостадийность процесса золь – гель технологии требу ет для его описания применения нескольких разноплановых моделей.

2) для оценки термодинамических и кинетических процессов целесооб разно применение синергетической модели гелеобразования матрицы кремне зёма.

3) на стадии формирования золей при протекании химических реакций, начальной коагуляции и формировании фрактальных агрегатов наиболее при менима фрактальная модель гелеобразования.

4) для описания процесса формирования геля полиоксида кремния в кон центрированных золях целесообразно использовать перколяционную модель.

5) перколяционная модель позволяет, кроме того, описывать взаимодей ствие газов с пористыми нанокомпозитными слоями.

6 зависимость отклика газочувствительной пленки Sn02:Cu нелинейна от концентрации газа. В широком диапазоне концентраций (или парциального давления) газа эта зависимость следует изотерме Волькенштейна. Степенная зависимость отклика от концентрации газа с некоторым постоянным показате лем степени возможна только в ограниченном диапазоне концентраций. Этот вывод подтверждается расчетами, выполненными на основе электронной тео рии адсорбции в приближении плоских зон.

7) показано, что положение максимума на зависимости отклика пленки Sn02:Cu от ее толщины и уровня легирования определяется не только парамет рами пленки, но и сортом газа.

8) механизм газовой чувствительности гетероструктур SnO2/Si и SnO2(Me)/Si связан с изменением высоты барьера на гетерогранице SnO2 - Si и модификацией плотности поверхностных состояний.

При анализе конструкций и характеристик газовых датчиков (раздел 7) по лучены следующие выводы:

1) для увеличения газочувствительности необходимо иметь толщину чувствительного слоя в пределах 400–600 нм (для этих целей подходят все ме тоды, кроме толстопленочной технологии) и уменьшать размеры зерна наноча стиц в чувствительном элементе сенсора;

2) необходимо увеличивать размеры чувствительного слоя за счет раз витости размеров подложки;

3) для увеличения чувствительности необходимо использовать леги рующие присадки;

4) для улучшения селективности необходимо управлять скоростью на грева и поддерживать заданную температуру;

5) для снижения энергопотребления сенсоров необходимо переходить на мембранную технологию, уменьшать размеры чувствительного элемента, применять импульсный нагрев;

6) для обеспечения высокой чувствительности, селективности и сни жения энергопотребления необходимо использовать подложки толщиной не более 2 мкм (для этих целей лучше всего подходят конструкции мембранного типа с использованием микрофольговых или мембран SiO2+Si3N4);

7) технологичность определяется объемом выпуска датчиков и следо вательно использование полупроводниковой технологии оправдано при выпус ке более ста тысяч штук, а при меньшей партии лучше использовать конструк ции мембранного типа с использованием микрофольговых мембран или мем бран SiO2+Si3N4;

8) конструкцию газового датчика на SnO2 можно реализовать на мем бранах из пористого алюминия, пористого тантала, пористого SiO2+Si3N4 с ис пользованием золь-гель технологии нанесения чувствительного слоя или тех нологии пиролиза;

9) в качестве материала нагревателя оправдано использование мате риала чувствительного элемента;

10) контакты к чувствительному элементу целесообразно изготавливать из платины, золота или нихрома.

Полученные результаты имеют область применения для дальнейшего их использование на последующих этапах и НИР в целом.

В дальнейшем они будут использованы при разработке моделей формиро вания композиционных материалов на основе SiO2 – SnO2 с заданными свойст вами и методики получения газочувствительных элементов сенсоров, а также при создании автоматизированного стенда для исследования характеристик чувствительных элементов газовых сенсоров. Чувстительные элементы полу проводниковых сенсоров, которые планируется изготовить на последнем этапе НИР, могут быть использованы во многих важнейших отраслях производства сферах жизнедеятельности человека: угледобывающая и нефтеперерабатываю щая промышленности, медицина, транспорт, противопожарная безопасность, экологический мониторинг окружающей среды и промышленных зон и т.д.

Результаты исследований и выводы, полученные в разделах 1 – 3 и 5 – 6, необходимы для выполнения второго и третьего этапов и являются основой для решения следующих ниже приденных задач.

1. Исследование природы объекта НИР, в том числе:

1) исследование факторов, влияющих на условия формирования компози ционных материалов;

2) оптимизация технологических режимов формирования композиционных материалов.

2. Реализация результатов теоретических исследований, в том числе:

1) описание технологического оборудования, используемого при синтезе композиционных материалов SiO2-SnO2;

2) разработка инструкции получения композиционных материалов SiO2 SnO2.

3. Экспериментальное получение по разработанной инструкции компози ционных материалов SiO2-SnO2.

4. Экспериментальное получение по разработанной инструкции чувстви тельных элементов сенсоров на основе композиционных материалов SiO2 SnO2.

Результаты исследований и выводы, полученные в разделах 4 – 5 и 7, необ ходимы для решения ниже приденных задач второго и третьего этапов.

1. Исследование природы объекта НИР, в том числе:

1) разработка моделей формирования композиционных материалов на низ коразмерном уровне;

2) исследование кинетики коагуляции коллоидных систем;

3) исследование нуклеофильного распада коллоидных растворов;

4) исследование спинодального распада коллоидных растворов.

2. Разработка теории функционирования объектов НИР, в том числе:

1) расчет констант равновесия химических реакций на поверхности компо зиционного материала;

2) исследование процессов адсорбции и десорбции газов на поверхности пленок;

3) моделирование газочувствительности композиционных материалов.

3. Моделирование объекта исследований, в том числе:

1) морфоструктуры композиционных материалов от условий получения с использованием систем математических вычислений;

2) влияния условий получения газочувствительных материалов на выход ные параметры сенсоров с использованием систем математических вычисле ний.

4. Сравнение результатов теоретических исследований по развитию основ получения композиционных материалов SiO2-SnO2 с экспериментальными данными.

Выводы и основные результаты исследований, полученные в разделах 4 – 5, позволяют решить ниже приденные задачи второго и третьего этапов.

1. Исследование методов контроля и диагностики свойств композицион ных материалов и сенсоров на их основе (атомно-силовая микроскопия, Фурье спектрометрия, методы для исследования сопротивления и емкости сенсоров).

2. Разработка и изготовление автоматизированного исследовательского стенда для измерения характеристик газовых сенсоров.

3. Исследование динамики коагуляции золей и их конечного качественного анализа с применением Фурье-спектрометра.

4. Реализации результатов теоретических исследований, в том числе:

1) разработка инструкции визуализации массивов изображений, получен ных на атомно-силовом микроскопе, с помощью программных средств;

5) разработка инструкции обработки спектров с помощью программных средств для качественного и количественного анализа свойств композитных материалов с использованием Фурье-спектрометра.

5. Разработка комплекта технической и программной документации авто матизированного исследовательского стенда для измерения характеристик га зовых сенсоров.

6. Исследование температурных и частотных зависимостей сопротивления и емкости чувствительных элементов сенсоров.

Экономическая значимость работы подтвеждается проведенным анали зом растущего рынка сбыта газовых сенсоров. Существующие технологические проблемы (раздел 1) и неудовлетворительные технические характеристики по отношению к современным требованиям к газовым датчикам (раздел 7) под твержают перспективность внедрения ожидаемых результатов НИР.

Таким образом, проведенное исследование позволяет конкретизировать за дачи основных разделов следующих этапов проведения НИР.

СОДЕРЖАНИЕ НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ 1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, мето дической литературы 1.1 Получение пленок оксидов металлов для газовых сенсоров 1.2 Методы исследования свойств композиционных материалов и сенсоров на их основе 1.3. Модели формирования композиционных материалов на наноразмерном уровне 1.4 Анализ рынка газовых сенсоров Выводы 2 Патентные исследования по ГОСТ 15.011-96 способов изготовления газочув ствительных пленок и чувствительных элементов сенсоров на их основе, а так же устройств элементов газочувствительных сенсоров 2.1 Цели и задачи патентного исследования 2.2 Критерии выбора конструкции датчика Выводы 3 Выбор среды анализируемой сенсором 3.1 Источники загрязнения атмосферы Устройства для контроля и диагностики окружающей среды 3.2 Газы и их воздействие на организм человека 3.3 Обоснование выбора анализируемой сенсором среды Выводы 4 Выбор композиционных материалов для чувствительных элементов газовых сенсоров 4.1 Оксид титана и его свойства 4.2 Оксид олова и его свойства 4.3 Оксид циркония и его свойства 4.4 Оксид вольфрама и его свойства 4.5 Диоксид олова и его свойства 4.6 Полимеры и их свойства 4.7 Обоснование выбора материалов для изготовления газовых сенсоров Выводы 5 Выбор методов и способов формирования композиционных материалов и сенсоров на их основе, методов и средств исследования свойств материалов, параметров сенсоров 5.

1 Моделирование свойств композиционных материалов в системе SiO2–SnO2 5.2 Выбор методов и способов формирования композиционных материалов 5.3 Выбор методов и средств исследования свойств композиционных материа лов и параметров газовых сенсоров Выводы 6 Выбор моделей формирования и свойств композиционных материалов 6.1 Выбор моделей формирования композиционных материалов на низкоразмерном уровне 6.2 Выбор моделей свойств композиционных материалов на низкоразмерном уровне Выводы 7 Выбор конструкции газовых датчиков 7.1 Основные аналитические характеристики газовых сенсоров 7.2 Микроэлектронные датчики химического состава газов 7.3 Анализ конструкций и технологий газовых сенсоров 7.4 Выбор конструкции сенсоров Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Отчет о патентных исследованиях НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ В настоящем отчете о НИР использованы ссылки на следующие стандар ты.

ГОСТ 2.102-68 – Единая система конструкторской документации. Виды и комплектность конструкторских документов.

ГОСТ 2.105-95 – Общие требования к текстовым документам.

ГОСТ 2.111-68 – Единая система конструкторской документации. Нормо контроль.

ГОСТ 7.3-2001 – Электронные издания. Основные виды и выходные све дения.

ГОСТ 7.32-2001– Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.

ГОСТ 7.82-2001 – Библиографическая запись. Библиографическое описа ние электронных ресурсов. Общие требования и правила составления.

ГОСТ 7.9-95 – Система стандартов по информации, библиотечному и из дательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования.

ГОСТ 15.011-96 – Система разработки и постановки продукции на произ водство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ АСМ - атомно-силовая микроскопия ВАХ - вольт-амперные характеристики ВФХ - вольт-фарадные характеристики ВЧ - высокочастотный ГЧМ - газочувствительный материал ДШ - диод Шоттки ИНЧ - инфранизкочастный КИИУТ – Кузнецкий институт информационных и управленческих тех нологий филиал ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет»

МДП - металл-диэлектрик-полупроводник НиМЭ – нано- и микроэлектроника НЧ - наночастица ОПЗ - область пространственного заряда ОУ - операционных усилителей ПГУ – Пензенский государственный университет ПАВ - поверхностно-активные вещества ПЗС - прибор с зарядовой связью ПЯГК - полиядерные гидроксокомплексы РДМ - рентгеновска дифракционна микроскопия РЭМ - растровая электронная микроскопия СВЧ - сверхвысокочастотный СЗМ - сканирующая зондовая микроскопия СТМ - сканирующая туннельная микроскопия ТЭОС - тетраэтоксисилана ТЭС – теплоэлектростанции ФТС - формирователь тестового сигнала ХМЭ - химически модифицированные электроды ЭП - электропроводящие полимеры ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. В настоящее время газовые датчики и сенсоры ак тивно применяются практически во всех отраслях промышленности, транспор та, а также в сельском хозяйстве и медицине. Газовые датчики составляют ос нову для создания систем противопожарной и экологической безопасности. В ряде отраслей (таких как угледобывающая промышленность и др.) без газовых датчиков и сенсоров уже невозможно обеспечить требуемый уровень безопас ности объектов. До сих пор остается актуальной задача обеспечения безопасно сти людей и объектов от террористической угрозы на предмет раннего обнару жения взрывчатых веществ. Существующие сенсоры не отличаются высокой селективностью даже у передовых зарубежных фирм. Классическим способом повышения селективности и чувствительности является применение каталити ческих добавок (платина, палладий, золото, медь, вольфрам, окислы лантанои дов, и т.д.) и подбор рабочей температуры ЧЭ. Эти способы дают возможность селективно выделить газы, отличающиеся по концентрации не более чем на 1- порядка, а это очень мало для соотношения газов в реальной атмосфере жилого помещения. По этой причине 80% сенсоров используются для оценки общего загрязнения воздуха, как индикаторы, в системах включения систем воздухо очистки.

Оценка современного состояния решаемой научно-технической про блемы. Объем производства газовых датчиков ежегодно увеличивается, посто янно расширяется номенклатурный ряд этих устройств. Это свидетельствует об увеличении потребности этих устройств в различных областях жизнедеятель ности человеческого общества. Постоянно повышаются и требования к этим устройствам. Перед исследователями и разработчиками газовых сенсоров фор мулируются новые задачи, связанные с применением газоаналитических сис тем. Так, например, в последние годы ставится задача разработки мультисен сорной газоаналитической системы для распознавания запахов (так называемы «электронный нос»).

Новизна темы. Обоснование необходимости проведения НИР Повышение требований к измерительным и сигнальным датчикам, а также возникновение новых задач, связанных с использованием газовых сенсоров, стимулирует проведение масштабных исследований в направлении поиска но вых и оптимизации существующих технологий получения газочувствительных материалов. Поэтому не случайно для решения подобного рода задач все чаще обращаются к исследованиям, связанным с поиском методов и изучения свойств материалов на наноразмерном уровне. В случае успеха, появляется возможность управления наноструктурой материала чувствительного элемента сенсора и выявления новых эффектов наномасштабирования. Это позволит по лучить качественно новые показатели газовых сенсоров и создаст основу для формирования мультисенсорных газоаналитических систем.

Формирование наноструктурированного материала чувствительного эле мента газового сенсора предполагается реализовать на основе перспективной золь-гель технологии, которая позволяет получить нанокомпозиты в системе диоксид олова – диоксид кремния.

Целью проведения первого этапа НИР является анализ современной научно-технической, нормативной и методической литературы, связанный с методами получения;

исследование свойств композиционных материалов и сенсоров на их основе, моделей формирования материалов, методов и способов изготовления газочувствительных пленок и чувствительных элементов сенсо ров на их основе, а также устройств элементов газочувствительных сенсоров;

формирование теории для разработки методов создания наноструктурирован ных материалов для использования их в качестве чувствительных элементов га зовых сенсоров нового поколения.

Для формирования сведений о планируемом научно-техническом уров не разработки проведены патентные исследования, которые включали в себя:

1) исследование технического уровня и выявление тенденций разви тия методов создания композиционных материалов (включая SiO2–SnO2) для использования их в качестве чувствительных элементов газовых сенсоров но вого поколения;

2) исследование технического уровня и выявление тенденций разви тия способов изготовления газовых сенсоров на основе SiO2–SnO2 ;

3) исследование технического уровня, выявление тенденций развития и способов совершенствования устройств газовых сенсоров, в том числе на ос нове SiO2–SnO2;

4) отбор наиболее значимых изобретений из числа запатентованных в ведущих странах мира, выводы и оформление форм к разделам основной части отчёта о патентных исследованиях.

Результаты исследований должны послужить основой для разработки:

1) инструкции по получению наноматериалов SiO2-SnO2 с заданными свой ствами;

2) инструкции по получению газовых сенсоров на основе композитных ма териалов SiO2-SnO2 с характеристиками на уровне известных аналогов;

3) теории образования и свойств композиционных материалов;

4) методики получния тонких плёнкок композиционных материалов на ос нове SiO2-SnO2;

5) технического задания на изготовление автоматизированный исследова тельский стенд для измерения характеристик газовых сенсоров.

Патентные исследования привели к следующим выводам:

1) перспективным направлением исследований является разработка мультисенсоров на основе пористых наноструктурированных материалов;

2) с учетом технического уровня и тенденций построения газовых сен соров конструкцию газового датчика на SnO2 целесообразно реализовать на мембранах из пористого алюминия, пористого тантала, пористого SiO2+Si3N4 с использованием золь-гель технологии нанесения чувствительного слоя или технологии пиролиза;

3) для контактов чувствительного элемента целесообразен выбор сле дующих материалов: платина, золото или нихром;

4) В качестве материала нагревателя оправдано использование мате риала чувствительного элемента.

Результатами исследования является выбор среды анализируемой сенсо ром, композиционных материалов для чувствительных элементов газовых сен соров, методов и способов формирования композиционных материалов и чув ствительных элементов сенсоров на их основе, методов и средств исследования свойств материалов, параметров сенсоров, моделей формирования и свойств композиционных материалов на низкоразмерном уровне, оптимальной конст рукции газовых сенсоров.

Сформированный в ходе первого этапа НИР научно-технический задел ориентирован на получение полимерных композитных материалов на основе SiO2-SnO2 и чувствительных элементов газовых сенсоров с их использованием.

Полученные результаты позволяют сформулировать и уточнить основные цели и задачи проведения последующих этапов НИР.

1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы 1.1 Получение пленок оксидов металлов для газовых сенсоров Вакуумные методы получения тонких пленок наибольшее распростране ние, в рамках тонкопленочной технологии, получили вакуумные методы осаж дения [1-15]. Все вакуумные методы осаждения вещества можно классифици ровать на две основные группы: осаждение паров из молекулярного и ионного потоков. Для реализации этих методов используют вакуумные установки. Если осаждение происходит в среде химически активного газа, то такое напыление называют реактивным.

Осаждение вещества из молекулярного потока в вакууме осуществляют методами термического нагрева и ионного распыления.

Термический нагрев можно осуществить с помощью резистивных нагре вателей поверхностного и тигельного типа, электронно-лучевых пушек (двух и трех электродные устройства) и лазерных установок. Уравнение Герца – Кнуд сена позволяет рассчитать скорость испарения вещества с поверхности площа дью S жидкости за время dt:

dN 2 m A kT p p v, (1.1) 0, S dt где dN – число частиц, покидающих поверхность жидкости за время dt;

mA – масса частицы;

р* - равновесное давление пара;

р – гидростатическое давление жидкости;

v – коэффициент испарения, учитывающий состояние поверхности испарения (0 v 1).

Величина равновесного давления определяется из известного термодина мического уравнения G T, (1.2) ln p RT где Go – изменение свободной энергии при фазовом переходе “жидкость – пар”.

В свою очередь величину Go(Т), используя справочные данные, опреде ляют из следующего выражения:

T c p G T H 298 TS dT 2, T где Н – изменение энтальпии;

S – изменение энтропии;

ср – изменение теп лоемкости при постоянном давлении.

Из уравнения (1.1) следует, что даже при не ограниченной мощности подвода тепла скорость испарения имеет предельное значение:

dN max 0, 2 р m A kT p, (1.3) S dt где dNmax – максимальное число частиц, покидающих поверхность жидкости за время dt.

Уравнение Герца – Кнудсена применимо также для описания испарения со свободной поверхности в вакууме (сублимации), так как при давлении оста точного газа менее 1 мм рт.ст. процесс сублимации соответствует условию (1.3).

Испарители поверхностного типа должны быть изготовлены из провод никовых материалов, а проволочные, кроме того, должны хорошо смачиваться испаряемым веществом. Наиболее часто для этих целей применяют тугоплав кие металлы: вольфрам, молибден и тантал. В исключительных случаях – ни кель и хромель. Тигли изготавливают на основе тугоплавких окислов (кварц, алунд, ThO2, BeO, ZrO2) и графита, а их нагреватели – вольфрама и тантала.

Электронно-лучевое испарение основано на интенсивном преобразовании кинетической энергии электронов в тепловую энергию приповерхностных ато мов испаряемого вещества. В результате нагрева облучаемой поверхности ма териала до температуры испарения она становится источником пара. Испари тель состоит из электронно-лучевой пушки и тигля, который при необходимо сти дополняется устройством подпитки материала.

В качестве тиглей электронно-лучевых испарителей используют медные водоохлаждаемые конструкции, которые могут иметь керамическую вставку.

Для повышения скорости испарения и равномерности потока пара, про цесс напыления желательно проводить при непрерывном вращении тигля. По качивание (сканирование) электронного пучка вдоль поверхности испарения позволяет предотвратить разбрызгивание вещества и попадание капельной фа зы на подложку.

При получении многослойной тонкопленочной структуры применяют электронно-лучевые испарители с блоком тиглей. В таких испарителях отдель ные тигли, перемещаясь по прямой или окружности, поочередно устанавлива ются в рабочую позицию. В другом варианте поочередное испарение осуществ ляют управлением траекторией электронного пучка пушки.

Конструкции электронно-лучевых пушек достаточно разнообразны. В общем случае они состоят из вольфрамового катода, анода, управляющего электрода, электростатических и магнитных линз. Все конструкции делятся на две основные группы:

1) трехэлектродные (с независимым анодом);

2) с зависимым (испаряемым) анодом.

В электронно-лучевых пушках с испаряемым анодом наиболее часто применяют конструкции с кольцевым катодом, внутри которого расположен за земленный тигель, выполняющий функцию анодного электрода. Это позволяет располагать подложку параллельно поверхности испарения, а траектория дви жения электронов пучка задается формой управляющего электрода.

Несмотря на относительную простоту и удобство испарителей на основе электронно-лучевых пушек с зависимым анодом, они имеют ряд следующих недостатков [1-17]:

1) возникновение тлеющего газового разряда при высоких скоростях ис парения, которое затрудняет управление мощностью электронного пучка и снижает коэффициент полезного действия испарителя;

2) загрязнение катодных экранов и управляющего электрода испаряемым веществом.

Указанных недостатков лишены испарители на основе электронно лучевых пушек с независимым анодом. Они относятся к длиннофокусным ге нераторам электронных пучков и позволяют получать малый диаметр луча с высокой плотностью электронного тока на относительно больших расстояниях.

Устройства этого типа аналогичны электронным пушкам, которые применяют ся в рентгеновских трубках. Если не использовать систему отклонения элек тронного луча, то либо подложка, либо испаритель должны устанавливаться в стороне от оси направления потока пара.

Для фокусировки и поворота электронного пучка используют электроста тические и магнитные линзы, а также дополнительные внешние магнитные по ля. Это позволяет повысить точность поддержания температуры испарения и уменьшить разогрев тигля. Однако такие испарители имеют более сложную конструкцию и высокую стоимость.

Лазерный нагрев основан на интенсивном поглощении фотонов поверх ностным слоем испаряемого материала. Высокая поверхностная плотность энергии лазерного луча позволяет испарять материалы вне зависимости от их температуры плавления. Особенно эффективно лазерным лучом испаряются материалы с низким коэффициентом отражения и высоким показателем погло щения. Принципиальная схема вакуумной установки лазерного испарения от личается от установки электронно-лучевого нагрева только источником – вме сто электронно-лучевой пушки устанавливается лазер.

Для термовакуумного испарения наиболее часто используют газовые ла зеры с активной средой СО2 и твердотельные на основе алюмоиттриевого гра ната или оптического стекла легированных неодимом.

Конструкции и материалы тиглей, используемые при лазерном испаре нии, такие же, как и в случае резистивного нагрева. Для изменения траектории лазерного луча можно использовать только призмы и зеркала со специальным покрытием. При испарении вещества неизбежно происходит их загрязнение, что приводит к ухудшению оптических свойств. Поэтому при лазерном нагре ве, как правило, применяют прямолинейное распространение луча, составляю щим с нормалью к поверхности испарения острый угол.

Рассмотрев возможные способы реализации термовакуумного напыления можно заключить, что выбор метода определяется тремя основными фактора ми: испаряемый материал, характеристики напыляемой пленки (однородность по толщине и химическому составу, чистота) и экономическая целесообраз ность.

Экспериментально подтверждено, что испарение химических соединений сопровождается процессами ассоциации и диссоциации молекул. Ассоциация обычно не влияет на стехиометрический состав напыляемых пленок, тогда как диссоциация приводит к большим отклонениям от исходного состава. Это от клонение тем больше, чем больше различия в летучести продуктов диссоциа ции. Предельный случай диссоциации – термическое разложение (пиролиз) – происходит в случае, если один из продуктов является нелетучим.

Таким образом, осаждение пленок химических соединений из одного ис парителя возможно только в том случае, если вещество переходит в парообраз ное состояние, либо без диссоциации, либо продукты термического разложения имеют приблизительно одинаковые значения коэффициентов летучести. Такое испарение называют согласованным.

Уравнения для описания согласованного испарения химических соедине ний и сплавов остаются без изменений. Испарение в согласованном режиме происходит лишь для немногих соединений: SiO, MgF2, B2O3, CaF2, GeO и др.

Хотя при испарении этих веществ и наблюдаются процессы ассоциации и дис социации молекул, для большинства практических целей их влиянием можно пренебречь. Степень диссоциации молекул возрастает с повышением темпера туры и уменьшением давления.

Процессы диссоциации являются основной причиной ограниченной воз можности получения металлооксидных соединений для чувствительных эле ментов газовых датчиков методами термического нагрева в вакууме [12, 15].

Например, при вакуумном напылении пленок SnO2 образуются пленки пере менного состава SnO2-SnO-Sn. В результате в пленке образуется метастабиль ная фаза, которая в сильной мере сказывается не только на изменении сопро тивления от температуры, концентрации газов восстановителей, времени экс плуатации, но и даже на механических свойствах. Попытки повысить стабиль ность пленок путем термического отжига в различных режимах видимо не при вели к желаемым результатам. Поэтому большинство исследователей и разра ботчиков предпочитают использовать методы ионного распыления.

Методы ионного распыления. В настоящее время для получения тонких пленок существует большое число методов и их разновидностей, в основе ко торых лежит физическое распыление материала твердотельной мишени. Более того, в последнее время в производстве электронных приборов широко исполь зуются группы методов, в которых применяются комбинированные воздейст вия на исходный материал пленок. Поэтому существует несколько подходов к классификации методов распыления, которые отличаются выбором основного классификационного признака.

В данной классификации к ионному распылению отнесены методы, в ко торых образование паровой фазы напыляемого вещества обусловлено физиче ским распылением мишени в результате ионной бомбардировки ее поверхности без последующей дополнительной ионизации образующегося пара. В данный класс входят группы методов, различающиеся по виду источника ионов, назна чению электродов и расположению мишени относительно ионного источника.


В плазменных методах распыления источником ионов служит плазма тлеющего самостоятельного газового разряда, где катодом является мишень распыляемого материала.

В ионно-плазменных методах источником ионов служит плазма тлеюще го несамостоятельного газового разряда. При этом для распыления материала на мишень подается отрицательный постоянный потенциал, вытягивающий ио ны из плазмы газового разряда, который предварительно зажигается между анодом и термокатодом. То есть мишень является третьим электродом распы лительной системы.

Последняя группа методов ионного распыления реализуется с помощью самостоятельных ионных источников, которые разделены по вакуумным усло виям с рабочим объемом. Поэтому для распыления материала ионно-лучевыми методами не требуется напуска рабочего газа, что заведомо обеспечивает более высокую степень чистоты процесса.

Указанные методы можно проводить в среде реактивного газа, что позво ляет получать сложные по химическому составу пленки. Такое распыление на зывают реактивным. В отличие от методов термовакуумного реактивного испа рения наличие газового разряда в рабочем объеме приводит к частичной иони зации реактивного газа и атомарного пара распыляемого вещества. Это повы шает скорости химической реакции и образования необходимого соединения.

Все методы ионного распыления имеют следующие достоинства:

1) возможность распыления сплавов и химических соединений с сохране нием стехиометрического состава;

2) относительно простой способ контроля толщины напыляемой пленки в процессе получения за счет высокой степени воспроизводимости скорости рас пыления мишени;

3) проведение ионного распыления мишеней большой площади позволяет снять проблему неоднородности тонких пленок по толщине и свести к мини муму вероятность проколов в пленках, возникающих из-за теней от частиц пы ли на подложке;

4) процессы ионного распыления не зависят от гравитационных сил и ис ключают возможность “разбрызгивания” материала, что позволяет произвольно располагать подложки и мишени относительно друг друга;

5) материала мишени достаточно для многократного использования;

6) перед началом напыления пленки достаточно просто реализуется ион ная очистка поверхностей подложки и мишени;

7) при ионном распылении атомы материала имеют высокие значения кинетической энергии, что облегчает образование переходного слоя, улучшает адгезию и позволяет снижать температуру подложки, что обеспечивает напы ление на не термостойкие носители;

8) проведение реактивного распыления облегчается повышением химиче ской активности компонент за счет частичной ионизации и высоких энергий взаимодействующих частиц.

Методы ионного распыления имеют ограничение применения, если не возможно выполнить хотя бы одно из следующих условий:

1) скорость осаждения не более 300 нм/мин (для магнетронного распыле ния на порядок выше);

2) распыляемый материал должен иметь форму пластин или дисков с большой рабочей поверхностью;

3) обеспечение принудительного водяного охлаждения мишени.

В настоящее время наиболее распространенным является метод магне тронного распыления, который реализуется как на постоянном, так и перемен ном (высокочастотном) токе [16, 18-26]. Магнетронные системы относятся к системам распыления диодного типа, в которых распыление материала проис ходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа (обычно аргона), образующимися в плазме аномального тлеющего разряда. Вы сокая 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 катод-мишень, анод и маг нитная система. Силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами магнитной системы. Поверхность мишени, расположенная между местами вхо да и выхода силовых линий магнитного поля, интенсивно распыляется и имеет вид замкнутой дорожки, геометрия которой определяется формой полюсов магнитной системы.

При подаче напряжения между мишенью и анодом возникает неоднород ное электрическое поле и возбуждается аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Эмитированные с ка тода под действием ионной бомбардировки электроны захватываются магнит ным полем, им сообщается сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям у поверхности мишени. Электроны оказываются как бы в ловуш ке, создаваемой, с одной стороны, магнитным полем, а с другой – поверхно стью мишени, отталкивающей электроны. Электроны циклируют в этой ловуш ке до тех пор, пока не произойдет несколько ионизирующих столкновений с атомами рабочего газа, в результате которых электрон потеряет полученную от электрического поля энергию. Таким образом, большая часть энергии электро на, прежде чем она попадает на анод, используется на ионизацию и возбужде ние, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приво дит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности мишени.

Это, в свою очередь, обуславливает увеличение интенсивности ионной бомбар дировки мишени, значительный рост скорости распыления мишени и, следова тельно, скорости осаждения пленки. Плазма разряда существует только в об ласти магнитной ловушки в непосредственной близости от мишени, и ее форма определяется геометрией и величиной магнитного поля.

Магнетронные распылительные системы отличаются между собой конст рукцией электродов и мишени. В настоящее время используют цилиндрические (коаксиальные), конические и плоские (планарные) магнетронные распыли тельные системы. Энергия конденсации составляет 3…9 эВ/атом, кинетическая энергия в зависимости от распыляемого материала – от 5 (для алюминия) до эВ/атом (для вольфрама), а излучение плазмы 2…10 эВ/атом. При необходимо сти держатель подложек может быть водоохлаждаемым, а качественная адгезия напыляемой пленки к подложке обеспечивается высокой энергией конденси руемых частиц. Поэтому магнетронные распылительные системы применяют для нанесения пленок на подложки из материала с малой термостойкостью (пластики, полимеры, оргстекло и т.д.).

Основные рабочие характеристики МРС: напряжение на электродах, ток разряда, плотность тока на мишени и удельная мощность, индукция магнитного поля и рабочее давление. Напряжение питания обычно не превышает 1кВ. Ток разряда зависит от многих факторов, например от рабочего напряжения, давле ния и рабочего газа, индукции магнитного поля, конфигурации магнетронной системы, распыляемого материала, и определяется мощностью источника пита ния. Плотность тока на мишени очень велика и для систем с полым цилиндри ческим электродом составляет в среднем 80 мА/см2, с коническим электродом – 200 мА/см2, причем максимальные плотности тока в центральной части зоны распыления могу быть значительно выше. Значения удельной мощности в МРС с полым цилиндрическим катодом достигают 40 Вт/см2, а с плоским катодом – 100 Вт/см2. Предельно допустимая мощность определяется условиями охлаж дения машины и теплопроводностью распыляемого материала.

Благодаря высокой эффективности электронной ударной ионизации маг нетронная распылительная система может работать в диапазоне давлений 10 2…1 Па. Важнейшими параметрами МРС, во многом определяющими характер разряда в ней, являются геометрия и магнитное поле, индукция которого у по верхности мишени 0,03…0,1 Тл.

Важнейшим параметром разряда, определяющим скорость распыления, является электрическая мощность, причем скорость осаждения пленки почти линейно зависит от приложенной мощности. В свою очередь, мощность разряда при постоянной мощности источника зависит от p и B. В достаточно слабых магнитных поля существует такое значение p, при котором на разряде выделя ется максимальная мощность. С ростом B (до 0,04 Тл) при низких значениях p мощность разряда сначала резко возрастает, затем замедляется и при B=0,08…0,1 Тл становится максимальной. При достаточно высоком p макси мальная мощность достигается уже при B=0,04…0,06 Тл. Зависимость напряже ния зажигания от давления аргона и индукции магнитного поля аналогичны.

Энергетическая эффективность процесса распыления, определяемая зави симостью коэффициента распыления от энергии ионов, имеет максимальное значение в диапазоне 300…500 эВ, который характерен для МРС. Поскольку в МРС высокая эффективность процесса распыления, то МРС характеризуется максимальной энергетической эффективностью по сравнению со всеми други ми видами распылительных систем, так она в 5…6 раз превышает эффектив ность распылительных систем без магнитного поля (катодное распыление, трехэлектродное ионно-плазменное распыление и др.).

Тонкие пленки диоксида олова получают распылением чистой оловянной или сплава олова с легирующей примесью типа сурьмы примеси мишеней сре де газовой смеси аргон-кислород. Концентрация примесей обычно не превыша ет 10%. Также имеются данные об использовании составных мишеней. Конст руктивно такая мишень представляет собой оловянный диск, на поверхности которого имеются выемки для установки вставок легирующей примеси и (или) веществ, являющихся катализаторами. Исходя из принципа действия МРС, вряд ли такой способ получения пленок сенсоров можно считать оптимальным, по скольку возникает существенная сложность контроля концентрации и распре деления примесей в напыляемой пленке. В любом случае, получение пленок методами ионного распыления происходит в среде реактивного газа – кислоро да. Поэтому все электрофизические, адсорбционные, механические и др. свой ства напрямую зависят от концентрации кислорода в вакуумной камере и усло вий образования диоксида олова. Оптимальное парциальное давление кислоро да в реактивном объеме будет зависеть не только от очевидных технологиче ских параметров (температура подложки, давление рабочего газа, мощность разряда, индуктивность и конфигурация силовых линий магнитного поля), но и от многих конструктивных особенной конкретной МРС. Это связано с тем, что теоретически реакция окисления олова происходит на поверхности мишени, во время диффузии паров олова к подложке и на поверхности самой подложки.


Следует также учитывать тот факт, что в рабочей камере установки вакуумные условия являются динамическими (то есть постоянно работают системы откач ки и напуска смеси рабочего и реактивного газов). Несмотря на перечисленные сложности, данный метод является одним из наиболее распространенных спо собов получения пленок полупроводниковых оксидов металлов для газовых сенсоров [16, 18-28].

Методы ионного осаждения. Вакуумные процессы получения тонких пленок, у которых фазовый переход пар – твердое тело сопровождается бом бардировкой высокоэнергетичными частицами газа осаждаемого вещества с энергией более 100 эВ, называются ионным осаждением. Содержание ионов в потоке пара, направленного к подложке, составляет от единиц до ста процен тов. Осаждение вещества из газовой фазы в виде потока ионизированных час тиц во многих случаях приводит к ряду положительных результатов:

1) отсутствие эффекта неполной конденсации;

2) реализация эффективной вакуумно-ионной очистки поверхности под ложки и осаждения вещества без перерыва во времени, приводящей к повыше нию чистоты пленки;

3) повышение адгезии за счет высокой потенциальной энергии осаждения частиц вещества, радиационных дефектов и повышенной температуры поверх ности подложки, возникающих вследствие ионной бомбардировки растущей пленки;

4) низкое значение рабочих температур подложек;

5) уменьшение внутреннего напряжения и удельного электрического со противления металлических пленок;

6) увеличение плотности осаждаемого вещества.

Методы ионного осаждения из непрерывного потока. По способу реали зации методы ионного осаждения разделяются на три основные группы: термо ионные, ионно-лучевые и вакуумно-дугового осаждения. Устройства ионного осаждения в общем случае состоят из источника осаждаемого вещества и иони затора. Наиболее четкое разделение функций этих узлов в методах термоионно го осаждения.

Благодаря высокой энергии осаждаемых частиц все методы ионного оса ждения характеризуются высокой степенью адгезии и возможностью получе ния тонких пленок на не термостойкие носители.

Однако данные об осаждение подобного рода соединений методами ион ного осаждения из непрерывного потока отсутствует. Если проанализировать принцип действия основных методов данной группы, то, на наш взгляд, наибо лее подходящим является метод ионно-кластерного осаждения.

Этот метод основан на явлении образования кластеров (многоатомных агрегатов) при истечении в вакуум со сверхзвуковой скоростью потока пара из квазизамкнутого тигля через одно или несколько отверстий (сопел) малого диаметра. Если температура пара в тигле ТТ, то после выхода его из сопла в ре зультате адиабатического расширения понижается до ТВ и может быть опреде лена из уравнения Т B / TT ( pB / pT ) ( 1) /, где pТ и pВ – давление пара в тигле и в вакуумной камере вблизи сопла;

- от ношение удельной теплоемкости пара при постоянном давлении cp к его удель ной теплоемкости при постоянном объеме cv;

= cp / cv =1+2/n;

n – число степе ней свободы молекулы пара.

Образование кластеров протекает наиболее эффективно, если pТ / pВ 104, что обеспечивается выбором температуры тигля и диаметра отверстия сопла, который обычно не превышает 1…30% внутреннего диаметра тигля и составля ет 0,1 – 1,0 мм. Число атомов в кластере N=102…103. Энергия кластеров W=kTT N. Для повышения энергии кластеров их ионизируют электронным ударом и ускоряют в электрическом поле. Сечение ионизации кластера кл является функцией его размера, и при энергии электронов 50…500 эВ кл в первом при ближении равно геометрическому сечению кластера, что позволяет получить степень ионизации потока кластеров 15…50%.

Ионизацию потоков кластеров электронным ударом можно осуществить несколькими способами. В одном случае электроны, инжектируемые кольце вым катодом с экраном, вытягиваются и ускоряются в направлении тигля под действием напряжения экстрагирования, которое формируется между держате лем подложек и тиглем. Пространство между источником электронов (иониза тором) и тиглем является зоной ионизации потока испаренного материала. В другом случае ионизатором служит цилиндрический диод, сеточный анод кото рого ограничивает область, где осуществляется бомбардировка осциллирую щими электронами потока кластеров. В качестве ионизатора может также ис пользоваться и обычная трех электродная электронная пушка, состоящая из ка тода, фокусирующего электрода и анода. Ускоренный электронный пучок, про ходя через анодное отверстие, бомбардирует поток осаждаемого материала в направлении, перпендикулярном его движению к подложке, и затем попадает на коллектор, находящийся под небольшим положительным потенциалом отно сительно анода.

Если для формирования потока кластеров многокомпонентных материа лов применяются многотигельные системы, то ионизировать электронным уда ром можно как кластеры каждого из элементов, так и смесь кластеров исход ных элементов, располагая электронную пушку, например, между тиглями и направляя электронный пучок в сторону подложки.

При получении пленок испарением материалов в среде какого-либо газа реактивным ионно-кластерным методом для дозированной подачи последнего в вакуумную камеру вблизи тигля устанавливается натекатель, имеющим на кон це сопло. Использование каждого из этих устройств позволяет ускорять иони зированные кластеры к подложке за счет отрицательного потенциала, подавае мого, например, на держатель подложек или на ускоряющий электрод. В по следнем случае держатель подложек находится, как правило, под плавающим потенциалом.

Ионно-кластерным методом получают пленки металлов, полупроводни ков, диэлектриков простого и сложного составов [1-6]. При этом в качестве ра бочих материалов используются легко сублимирующие вещества (серебро, зо лото, медь, свинец, кремний, сульфиды кадмия и цинка, сплав Au-Be и соеди нение Mn-Bi). При ионно-кластерном методе осаждения возможно легирование материала пленок в процессе их получения. Для этого легирующее вещество загружается либо в отдельный тигель, либо вместе с материалом наносимой пленки. Осаждение пленок реактивным ионно-кластерным методом позволяет получать пленки окислов, нитридов и т.д.

Такой метод высокопроизводителен, причем скорость осаждения можно регулировать в широких пределах (от сотых долей до десятков микрометров в минуту) даже при испарении материалов из односоплового тигля. При осажде нии пленок ионно-кластерным методом ионная бомбардировка вызывает глу бокое травление поверхности подложки, ее частичное распыление и очистку, а также легирование и нагрев пленки в процессе ее осаждения. При этом образу ется межфазный слой на границе пленка-подложка и увеличивается концентра ция дефектов в подложке. Конденсация кластеров на подложке сопровождается частичным или полным распадом их на составляющие атомы, которые могут мигрировать по поверхности подложки. Значительная величина среднего пути миграции атомов (10…50 мкм) стимулирует процессы зародышеобразования, рост островков, их коалесценцию и т.д., что позволяет получать поли- и моно кристаллические пленки при более низких температурах подложки по сравне нию с термовакуумным методом.

Плотность материала пленки растет с увеличением энергии кластеров, что обусловлено непрерывным удалением ионной бомбардировкой слабосвя занных с поверхностью подложки атомов рабочего материала, а также повы шенной миграцией по подложке сконденсированных частиц. С увеличением энергии ионизированных частиц растет число имплантированных в подложку ионов, интенсифицируется травление ее поверхности, что способствует повы шению адгезии пленки к подложке.

Мы полагаем, что данным методом возможно получение пленок полу проводниковых оксидов олова, цинка и других металлов, которые пригодны для формирования газочувствительных сенсоров.

Аппаратное исполнение является достаточно сложным. Видимо поэтому разработчики и исследователи предпочитают достичь результатов более про стым способом.

Импульсные методы осаждения. К методам ионного осаждения, по на шему мнению, следует отнести также импульсные методы осаждения. Для всех импульсных методов характерны следующие особенности:

1) малое время испарения 10-8…10-3с и высокая скорость распространения термоионизованного пара 105 3107 смс-1;

2) высокая плотность потока пара 1023 см-2с-1, которая в ряде случаев мо жет достигать вблизи поверхности мишени значений плотности твердых тел;

3) большая интенсивность теплового потока источника 106…1011 Втсм-2;

4) высокая степень термической ионизации пара вплоть до состояния плазмы и большая эффективная температура частиц испаренного вещества 104…106 К;

5) большие мгновенные значения скорости осаждения материала, порядка 104…108 нмс-1, и связанные с этим нестационарность процессов испарения, транспортировки и конденсации пара.

Таким образом, основными квалификационными признаками импульс ных методов является короткое время испарения и высокая интенсивность по глощения тепловой энергии веществом 1011…1013 Вт/г, в результате чего воз можно получение пленок толщиной от 10-2 до 1 мкм однократным импульсным испарением.

Указанные выше особенности позволяют с одинаковым успехом полу чать тонкие пленки как простых, так и сложных веществ. Различные способы реализации импульсных методов позволяют испарять любые вещества вне за висимости от их температуры кипения, электрофизических свойств и летучести компонент. Высокая производительность, технологическая воспроизводимость характеристик тонких пленок и универсальность делают их особенно привлека тельными для получения тонкопленочных элементов микроэлектронных уст ройств.

Импульсные методы различают по способу нагрева, который и определя ет особенности процесса напыления тонких пленок и их характеристик.

Наибольшее распространение получили вакуумные методы, основанные на электрическом взрыве, электронно-лучевом нагреве, лазерном испарении в режиме свободной генерации и модулированной добротности, а также на при менение генераторов эрозионной плазмы.

Поскольку испарение всех компонент вещества происходит одновремен но, то химический состав исходной твердой, а затем газовой и конденсирован ной фаз идентичен. Но ввиду высокой степени нестационарности практически невозможно регулировать скоростью осаждения вещества. Поэтому макро- и микроструктура получаемых пленок мало зависит от исходной фазы и условий осаждения. Это обстоятельство ограничивает широкое промышленное приме нение импульсных методов. К недостаткам этих методов следует отнести также необходимость применения сложного или специального технологического обо рудования и устройств. Характер распределения тонких пленок по толщине за висит от геометрических особенностей испаряемого образца и испарителя. По лучение заданной толщины пленки, в зависимости от метода реализации, дос тигается либо контролем массы исходной мишени (образца), либо с помощью контролируемого изменения длительности импульса и теплового потока испа рителя.

В литературе приводятся данные о получении полупроводниковых пле нок полупроводниковых оксидов металлов лазерным импульсным испарением (лазерная абляция) [27-29]. Лазерной абляцией производится также введение катализаторов (благородные металлы платиновой группы). Имеются также ра боты, посвященные изучению влияния зарядовых состояний компонентов пле нок плазмы, образованной при лазерной абляции, на конечные характеристики газочувствительных пленок [28]. Однако пока отсутствуют данные о промыш ленном внедрении результатов этих работ. Видимо, основной причиной являет ся низкая технологичность применения этого метода для организации массово го производства сенсоров на основе лазерного импульсного испарения.

Анодированием называют получение оксидов на поверхности металлов и полупроводников при анодной поляризации в кислородсодержащих средах с ионной проводимостью.

В зависимости от вида кислородсодержащей среды, заполняющей межэ лектродное пространство, различают анодирование: в водных растворах элек тролитов, в расплавах солей, в газовой плазме, плазменно-электролитическое.

При анодировании в газовой плазме оксид образуется в результате вза имной диффузии катионов металла и анионов кислорода из плазмы. При других видах анодирования оксид представляет собой ориентированный электриче ским полем полимеризованный гель оксида металла. Низкотемпературная плазма, образующаяся в непосредственной близости от металла под оксидом, является источником анионов кислорода, необходимых для образования окси да. Теоретически, для получения полупроводниковых оксидов типа SnO2, мож но применить анодирование в водных растворах электролитов, в газовой плазме и плазменно-электролитический процесс.

Общепринятых теории и механизма формирования пористой структуры анодных оксидных пленок нет, однако наибольшее признание получили физи ко-геометрическая, коллоидно-электрохимическая и плазменная модели [17, 30 36].

Согласно физико-геометрической модели Келлера, которая была разрабо тана для процесса анодирования алюминия, в первые секунды процесса элек трохимического окисления образуется барьерный слой, сначала формирую щийся в активных центрах на поверхности металла [32]. Из этих зародышей вырастают полусферические линзообразные микроячейки, срастающиеся затем в сплошной барьерный слой. При соприкосновении с шестью окружающими ячейками образуется форма гексагональной призмы с полусферой в основании.

Под влиянием локальных воздействий ионов электролита в барьерном слое за рождаются поры (в центре ячеек), число которых обратно пропорционально напряжению. В поре толщина барьерного слоя уменьшается, и, как следствие, увеличивается напряженность электрического поля, при этом возрастает плот ность ионного тока вместе со скоростью оксидирования. Но, поскольку растет и температура в поровом канале, способствующая вытравливанию поры, насту пает динамическое равновесие, и толщина барьерного слоя остается практиче ски неизменной.

Коллоидно-электрохимическая (полимерная) теория Богоявленского рас сматривает анодные оксиды как коллоидные образования [36]. По этой теории образование пор не является необходимым условием роста пленок, а скорее его следствием, а анодный оксид представляет собой ориентированный электриче ским полем гель оксида металла коллоидно-полимерной природы на базе бе митно-гидраргиллитных цепей. Сначала на активных центрах анода возникают мельчайшие частицы (мононы) - зародыши будущих мицелл. Мононы растут, достраиваются, превращаясь в полионы - волокнистые палочкообразные ми целлы коллоидной степени дисперсности, образующие скелет геля. В него вне дряются анионы электролита, теряя частично при этом свою гидратную обо лочку. Адсорбция анионов и воды, осуществляемая, благодаря их доставке по межмицеллярным порам, обуславливает отрицательный заряд монон и мицелл, заставляя их плотно прижиматься к аноду и сращиваться с металлом, препятст вуя слиянию мицелл в беспористый слой. Размеры ячеек Келлера близки к раз мерам мицелл геля. Субмикропоры и микропоры образуют межмононные и межмицеллярные пространства. Мицеллы могут скручиваться так, что порис тый слой напоминает сноповидные образования, субволокна которых диамет ром 20-50 нм построены из цепеобразно расположенных моно- и тригидратов оксида аморфной структуры, в которую внедрены электролитные группы (структурные анионы), участвующие в процессе образования оксида и опреде ляющие его некоторые свойства. В целом, с точки зрения коллоидно мицеллярной теории, анодная оксидная пленка на состоит в основном из частиц гидроксидов коллоидной степени дисперсности, образующих неорганический полимер.

Анодирование в водных растворах электролитов. Обычно анодирование проводят на постоянном токе в гальваностатическом или потенциостатическом режиме (то есть при постоянном напряжении). В большинстве случаев свойства пленок зависят как от режима, так и от параметров гальванического процесса.

Анодирование в водных растворах электролитов является наиболее рас пространенным и универсальным способом, котрый легко поддается автомати зации. Площадь одновременно анодируемых в ванне изделий определяется только вместимостью ванны и мощностью источника тока и достигает 100 м2 и более. В качестве электролитов применяют водные растворы кислот или щело чей.

В электролитах, не пептизирующих или почти не пептизирующих оксид (борная кислота, бура, нитраты, фосфаты, бикарбонаты), получают тонкие плотные (толщиной до 1 мкм) оксиды. В электролитах, слабо пептизирующих оксид (кислоты: хромовая, серная, щавелевая, фосфорная;

сульфаты, квасцы), получают оксиды толщиной до 250 мкм. Эти оксиды имеют двухслойную структуру: тонкий, прилегающий к металлу слой имеет плотную упаковку;

на ружный слой пористый. Для получения оксидов толщиной 150—250 мкм обычно требуется охлаждение электролита и изделия.

В электролитах, сильно пептизирующих оксид (хлориды, фториды и др.), анодный оксид не возникает;

происходит травление металла.

Установка для анодирования представляет собой ванну, заполненную водным раствором электролита или расплавом солей, в которую помещены два электрода: катод и окисляемое изделие – анод.

Обычно катод выполняют из свинца, графита или коррозионно-стойкой стали.

В развитие теории и практического применения толстослойного анодиро вания большой вклад внес советский ученый Н.Д. Томашов. Для толстослойно го анодирования обычно используют режим постоянного тока при следующих параметрах: концентрация электролита 200 г/л, плотность тока – 2,5 -5 А/дм2, напряжение порядка 15-120 В, температура электролита около 5 °С, продолжи тельность анодирования 240 мин. При этом толщина покрытия может достигать 175 мкм [34].

Для газовых сенсоров получение толстых слов материала чувствительно го элемента совершенно бессмысленно. Но сам по себе толстослойный режим анодирования, при котором получается пористая структура оксида, несомнен но, представляет интерес. Помимо развитой поверхности газочувствительного слоя появляется возможность сформировать композиционный материал.

Анодирование в газовой плазме, как и водных растворах электролитов, также имеет несколько разновидностей. Анодирование в плазме тлеющего раз ряда постоянного тока проводится в его положительном столбе, учитывая его протяженность, максимальную концентрацию ионов кислорода и высокую ин тенсивность окисления в нем, а также то, что хаотическое движение заряжен ных частиц там преобладает над направленным, обеспечивая получение более равномерной оксидной пленки. Параметры анодирования в тлеющем разряде:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.