Ανάπτυξη λεπτών υμενίων Pd με την τεχνική electron beam evaporation: μελέτη δομικών ιδιοτήτων και εφαρμογές σε αισθητήρες υδρογόνου
Creators: name: Στυλιανού, Κωνσταντίνος Παναγιώτη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Παλλάδιο (PD)
Αισθητήρες υδρογόνου
Περίθλαση ακτίνων Χ
Φασματοσκοπική ελλειψομετρία
Λεπτά υμένια
Palladium
Hydrogen sensors
X-rays diffraction
Spectroscopy ellipsometry
Thin Films
Electrom beam evaporation

description: Το υδρογόνο θεωρείται ως μια από τις μεγάλες ελπίδες της ανθρωπότητας για ένα μέλλον με καθαρή ενέργεια, φιλική προς το περιβάλλον, με μεγάλη απόδοση παραγωγής και δυνατότητα αυτόνομης ενεργειακής οικονομίας για κάθε κράτος.Σε παγκόσμιο επίπεδο γίνονται βήματα ανάπτυξης της τεχνολογίας για την ασφαλή διαχείριση του υδρογόνου, δεδομένου ότι αναφλέγεται εύκολα σε περιεκτικότητες απο 4.65 ως 93.9% κατ’όγκο στον αέρα.Η κατασκευή λοιπόν ανιχνευτών υδρογόνου με γρήγορη απόκριση σε διαρροές, είναι απαραίτητη στις μονάδες παραγωγής ενέργειας, στην ασφαλή χρήση αυτοκινήτων υδρογόνου, αλλά και στις βιομηχανίες που χρησιμοποιούν υδρογόνο (στην παραγωγή αμμωνίας, αλκοόλης, βενζίνης, υλικών μικρολεκτρονικής κ.α) όπως επίσης και στις γραμμές μεταφοράς του με δοχεία και αγωγούς (μήκους 700 μιλιών σήμερα στις Η.Π.Α, Γερμανία και Αγγλία). Εφόσον η τεχνολογία υδρογόνου αναπτύσσεται τώρα, δεν υπάρχουν διεθνείς προδιαγραφές αισθητήρων, αλλά υπολογίζεται ότι στην επόμενη δεκαετία το διεθνές εμπόριο αισθητήρων θα αυξηθεί στα 4 δισεκατομμύρια δολάρια το χρόνο, από 300 εκατομμύρια που ήταν το 1999.Στα πλαίσια αυτά το ερευνητικό πρόγραμμα SOS προτείνει την ανάπτυξη ενός καινούριου, ανταγωνιστικού αισθητήρα υδρογόνου με ευαισθησία σε επίπεδα “part per trillion” (σε θερμοκρασία 100οC), χημική επιλεκτικότητα, γρήγορη απόκριση, απλότητα κατασκευής, χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση, όγκο μικρότερο από 50 cm3 και χαμηλού κόστούς.Η βασική ιδέα στηρίζεται στη φωτοθερμική ανίχνευση υδρογόνου με την προσαρμογή μιας πρωτποριακής μεθοδολογίας (PhotoModulated ThermoReflectance, PMTR), σε λεπτά υμένια Ρd , τοποθετημένα σε υποστρώματα πυριτίου.
description: Hydrogen is being considered as a future energy source with intense interest because of its potential environmental benefits. As the importance of hydrogen to many companies and organizations increases, there is a greater need for high performance sensors in order to develop an acceptable system for controlling hydrogen safety. Based on the knowledge that hydrogen has a high solubility in certain metals, devices for detecting H2 that use transition-metals have attracted scientific and technological interest during the last years. [1,2]. Palladium is an ideal metal for hydrogen sensing because it selectively absorbs up to 900 times its own volume in hydrogen and forms chemical species known as palladium hydrides. [1,3]. Thus, the integration of hydrogen sensors based on thin and ultra thin films of palladium with special characteristics, such as an extremely fast response in leaks and high sensitivity as well, has attracted the interesting of scientific community.Thin and ultra thin films of palladium can be the base for the development of such sensors. In this work, Pd thin films were deposited with electron beam evaporation in different thicknesses. The deposition is controlled by the Spectroscopic Ellipsometry (SE) technique in Vis-FUV spectral range (1.5 to 6.5 eV). By the analysis of their optical properties, we have determined the growth rate of the films and the relation between their optical properties and their thickness. After the completion of the Pd films deposition, we have performed an ex-situ characterization of their micro structural characteristics by using the X-Ray Diffraction (XRD) technique. Additionally we have examined the surface morphology and we estimated the density, the roughness and the the thickness as well using the X-Ray Reflectivity (XRR) technique.Finally, High Resolution Electron Microscopy (HRTEM) was used in order to examine the structural characterization of the grown films. In this study, we are going to correlate the properties of Pd films in order to use them as the base in the development of modern hydrogen sensors according to the photomodulated thermoreflectance.