СОДЕРЖАНИЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

1.P-n переходы газовых сенсоров.

1.1. Характеристики газовых сенсоров.

1.2. Феноменологические теории кинетики адсорбции.

1.3Характеристики p-n переходов GaAs.

1.4.Влияние паров аммиака на характеристики p-n переходов GaAs

Введение

Необходимость в разработке газовых сенсоров обусловлена ​​, в первую очередь, необходимостью контроля экологического состояния окружающей среды и обеспечения безопасности деятельности человека [ 1 , 2 ] . На данный момент широкое использование получили приборы на основе структур металл - оксид - полупроводник с барьером Шоттки, которые используются для определения концентраций водорода, кислорода и других газовых смесей , в том числе и аммиака [ 3, 6 ] . Газовые сенсоры на основе p-n переходов [ 7 , 8 ] имеют значительные преимущества над сенсорами на основе оксидных поликристаллических пленок [ 9,10 ] и диодов Шоттки [ 11]. Р- n переходы в широкозонных полупроводниках имеют высокие потенциальные барьеры для носителей тока , высокую чувствительность и селективность к газовым компонентам окружающей среды [ 12 , 13].

Однако, до сих пор существует проблема точного контроля аммиака в биомедицинских исследованиях и промышленных процессах при его низких концентрациях.

В представленной работе обобщены результаты исследования механизмов влияния газовой атмосферы на электрические характеристики в p-n переходов на основе арсенида галлия (GaAs).

1.P-n переходы газовых сенсоров

1.1. Характеристики газовых сенсоров.

Рассмотрим полупроводниковый электронный нос и химический сенсор.

Системы контроля газовой среды могут базироваться на использовании принципа электронного носа.

Электронный нос состоит из двух блоков:

1. Блок химического сенсора.

2. Блок математической обработки.

На рис. 1. представлена блок - схема принципа действия химического сенсора.

Концентрация молекул (парциальное давление).

Сенсорный шар

Сигнал от сенсорного шара.

∆Т ∆m ∆n ∆Ф

Преобразователь

Электрический сигнал.

∆I ∆ν ∆f ∆ϕ

Рис.1. Схема принципа действия химического сенсора.

Химические соединения которые содержат окружающую среду и концентрацию которых надо измерить взаимодействуют с химично интерактивным материалом сенсора.

Наявность химично итерактивного к определенному химическому соединению материала сенсора позволяет выделить в смеси газа те соединения, информацию которых надо получить. Такое свойство отбора или распознавания определяет такую характеристику сенсора, как селективность, к определенным молекулам. Сенсоры изготовляют из таких материалов, у которых физические свойства изменяются в зависимости от концентрации данных химических соединений.

Основными характеристика химического сенсора являются:

1.Время отклика сенсора – время, за которое вышедший из сенсора сигнал достигает 63% от максимальной величины при изменении концентрации(парциального давления) измеренного газа от нуля к данной концентрации (парциального давления).Иногда считают иное определение времени отклика, когда сигнал достигает 90% от максимального.

Включая во внимание, что из физико-химических причин относят к классу приборов с существенно, большими временами отклика (единицы – десятки минут).

2.Время релаксации – время, за которое выходной сигнал падает до 37%, или до 10% от максимального изменения концентрации измеряемого газа от нуля.

3.Чуствительность сенсора определяется отношением изменения выходного сигнала к определенному изменению измеряемой концентрации.

Если зависимость выходного сигнала от входного описывается функцией типа , то чувствительность сенсора определяется как

В случае линейного отклика сенсора, то есть когда (где k и b=const) его чувствительность постоянна для всего диапазона измеряемых концентраций S=k. Величина называется порогом сигнала сенсора. Если , то чувствительность сенсора увеличивается с увеличением концентрации .

При изготовлении дешевых, примитивных датчиков контроля газовой составляющей придают, внимание сенсорам с линейными характеристиками, поскольку они не требуют математической обработки сигналов. Когда же нужна высокая точность регистрации и большинстве других случаях линейность считается не существенной характеристикой сенсора. Практически в большинстве случаев в паспорте сенсора указывают параметр линейности.

4.Повторяемость – свойство сенсора показывать одинаковые выходные характеристики в последовательности циклов измерения и определяется как максимальной разницей между выходными сигналами для разных циклов измерений. Повторяемость определяет высокую стабильность характеристик сенсоров.

5.Селективность – свойство сенсора определять и измерять только одну компоненту из многих присутствующих в газовой среде или смеси.

Среди других параметров которые описывают функционирование сенсора можно отметить: шумы, внешние условия его работы ( температура, влажность, атмосферное давление, присутствие в атмосфере других газов, электромагнитные поля, удары, вибрация).