Исследование влияния различных факторов на вольт-амперные характеристики чувствительных элементов датчиков газа

Исследование влияния различных факторов

на вольт-амперные характеристики чувствительные элементов датчиков газа

С. И. Рембеза, д-р физ.-мат. наук, профессор, Т. В. Свистова, канд. техн. наук, доцент, Е. К. Кайгородова, студент-магистрант, Р. Е. Просветов, студент Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж

Влияние термостимулированной сорбции на сопротивление тонких пленок оксидов металлов широко применяется в сенсорах газа. Миниатюризация газовых сенсоров при сохранении рабочих напряжений вызывает увеличение электрического поля в зазоре между контактами, которое стимулирует миграцию ионосорбированных частиц газа по поверхности активного слоя и влияет на характеристики газочувствительных устройств в целом, что может использоваться для распознавания сорта анализируемого газа [1, 2].

Целью работы является исследование влияния различных факторов (температура, газовая среда, легирование чувствительного элемента) на вольт-амперные характеристик (ВАХ) тонкопленочных газочувствительных структур на основе диоксида олова.

Объект исследования — чувствительный элемента (ЧЭ) газового датчика на основе диоксида олова. Кристалл газового датчика размером 1x1 мм содержит следующие элементы: на окисленной кремниевой подложке расположены нагреватель и контакты для чувствительного слоя в виде встречно-штыревой структуры, выполненные на основе Ti — Pt, и два газочувствительных элемента на основе диоксида олова [3]. Сопротивление нагревателя — 22,3 Ом. Чувствительные элементы имеют сопротивления 5,5 и 2,9 кОм соответственно.

Для исследования использовалось следующее оборудование: два источника питания DC Power Supply HY 3005, три мультиметра MASTECHMY64, измерительная ячейка. Ток через газочувствительный элемент контролируется по величине падения напряжения на эталонном нагрузочном сопротивлении, включенном последовательно с газочувствительным элементом. Напряжение на чувствительный элемент подавались в интервале от 0 до 30 В с шагом 0,5 В.

Исследовались ВАХ чувствительных элементов в интервале температур от 20 до 500 °С, в интервале напряжений от 0 до 30 В на воздухе и в парах этилового спирта в воздухе и определены коэффициенты неидеальности ВАХ. Установлено, что наклон ВАХ с ростом температуры изменяется, что свидетельствует об изменении сопротивления ЧЭ (рис.) и что угол наклона ВАХ в парах этилового спирта отличается от угла наклона ВАХ, измеренных на воздухе.

Следовательно, по ВАХ ЧЭ можно судить о величине газовой чувствительности датчика.

Установлено, что коэффициент неидеальности на воздухе и в парах этилового спирта в воздухе достигает минимума при температурах максимальной газовой чувствительности и имеет различные значения в пробе с воздухом и в пробе с парами этилового спирта с концентрацией 2000 ррт. Полученные результаты могут быть использованы в газовой сенсорике, для определения рабочей температуры датчиков, при которой возможно распознавание сорта газа.

1чэ1, мкА

230 оС 270 оС 330 оС 4420 оС 5510 оС 20 оС

Рис. ВАХ чувствительного элемента, измеренная при различных температурах на воздухе

Библиографический список

1. Кисин В. В. Вольт-амперные характеристики тонкопленочных газочувствительных структур на основе оксида олова / В. В. Кисин, О. В. Якушева, А. И. Гребенников, В. В. Симаков // Письма в ЖТФ. - 2005. - Т. 31. - Вып. 8. - С. 52 - 56.

2. Кисин В. В. Влияние температуры на вольт-амперные характеристики тонкопленочных газочувствительных структур / В. В. Кисин, О. В. Якушева, А. И. Гребенников, В. В. Симаков // Письма в ЖТФ. - 2006. -Т. 32. - Вып. 2. - С. 52 - 58.

3. Рембеза С. И. Особенности конструкции и технологии изготовления тонкопленочных метталлоксидных интегральных сенсоров газов/ Д. Б. Просвирин, О. Г. Викин, Г. А. Викин, В. А. Буслов, Д. Ю. Куликов // Сенсор, 2004. - № 1 - С.20 - 26.

0 5 10 15 20 25 30

ичэ, В