Комплексное исследование чувствительности МДП-сенсоров со структурами Pd-SiO2-Si, Pd-Ta2O5-SiO2-Si к содержанию различных газов в воздухе.

Исследована чувствительность МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)-сенсоров со структурами Pd-SiO2-Si, Pd-Ta2O5-SiO2-Si к содержанию H2, H2S, NO2, C2H5SH, NH3, Cl2 в воздухе. Получены статические и динамические характеристики МДП-сенсоров. Определены значения минимальной обнаруживаемой концентрации по исследуемым веществам. Показано, что МДП-сенсоры обладают высокой чувствительностью к исследованным газам.

A comprehensive research of the sensitivity

of MIS-sensors with structures Pd-SiO2-Si, Pd-Ta2O5-SiO2-Si
to the content of various gases in the air

B.A. Bolodurin, A.V.Litvinov, A.A.Mikhailov, D.A.Nozdrya,
D.V.Filipchuk, M.O.Etrekova

Researched the sensitivity of the MIS (metal-insulator-semiconductor)-sensors with structures Pd-SiO2-Si, Pd-Ta2O5-SiO2-Si to the content of H2, H2S, NO2, C2H5SH, NH3, Cl2 in the air. Static and dynamic characteristics of MIS-sensors measured. The values of the minimum detectable concentration of the test gases revealed. It is shown that the MIS-sensors have a high sensitivity to the studied gases.

Введение

Сенсорные методы измерения концентраций газов находят все большее распространение. Это связано как с относительной миниатюрностью приборов на основе сенсоров, простотой их эксплуатации, низкой стоимостью так и с расширением области их применения: в медицине, экологии, научных исследованиях, промышленности. Особый интерес представляет контроль вредных газов (таких как H2S, NO2, C2H5SH, NH3, Cl2) в атмосфере промышленной и жилой зоны. Эти же газы могут быть вероятными продуктами разложения токсичных химических веществ (ТХ) таких как: фосген, иприт, несимметричный диметилгидразин (гептил), тетраоксид азота (амил) и азотсодержащих взрывчатых веществ (ВВ), что расширяет область применимости сенсоров. Контроль вредных газов требует измерения очень малых концентраций, на уровне единиц ppb, что предъявляет высокие требования к чувствительности сенсоров. Таким качеством обладают сенсоры на основе МДП-структур, выделяющиеся уникально высокой чувствительностью среди других типов сенсоров. Исследованию характеристик МДП-сенсоров и посвящена данная работа.

Впервые чувствительность МДП-структур типа Pd-SiO2-Si к водороду была открыта в [1]. Для объяснения чувствительности к H2 была предложена следующая модель. На поверхности металлического затвора (Pd) происходит каталитическая реакция диссоциации молекул водорода на атомы, которые затем диффундируют вглубь до границы раздела металл-диэлектрик и изменяют электроемкость МДП-структуры. Вскоре были открыты чувствительности к H2S [2], NH3 [3]. Так как молекулы H2S и NH3 содержат водород, то предполагалось, что механизм чувствительности к этим газам аналогичен механизму чувствительности к H2. Однако позже выяснилось, что МДП-структуры обладают также чувствительностью к NO2 [4] и CO [5]. Так как молекулы этих газов не содержат водород, то механизм чувствительности в этом случае должен иметь иной, более общий характер. В работе [6] была предложена такая модель. Изменение электроемкости МДП – сенсора обусловлено перераспределением электрических зарядов в области границы металл – диэлектрик, в которой ловушки захватывают молекулы газа и ориентируют их электрические дипольные моменты. За счет этого возникает зарядовый слой, порождающий изменение электрического поля в полупроводнике. Предполагается, что ловушки представляют собой нанокластеры, состоящие из атомов металлического электрода и диэлектрика. Характеристики МДП – сенсоров (чувствительность, быстродействие, селективность и др.) зависят от параметров ловушек, а именно, от сечения захвата молекул и энергии активации. В свою очередь, эти параметры определяются сортом молекул в составе ловушек (нанокластеров) и их взаимным расположением. Таким образом, характеристики МДП – сенсоров связаны однозначно с составом переходного слоя металл-диэлектрик.

Ввиду не ясности микроскопической структуры центров захвата, а также влияния большого числа факторов при их образовании на их характеристики, исследование чувствительности к тем или иным газам можно проводить на данный момент только экспериментальными методами. Комбинируя материалы и время напыления (толщину) диэлектрика, металлического затвора и слоя пассивации можно изменять типы и характеристики центров захвата, микроскопическую структуру напыляемых плёнок которые однозначно влияют на величину чувствительности МДП-структуры к газу.

Одним из способов повышения чувствительности МДП-сенсора является увеличение размера металлического затвора. Т.к. электроёмкость МДП-конденсатора пропорциональна площади затвора, то при её изменении в большую сторону, электроёмкость МДП-конденсатора увеличивается, при этом увеличивается наклон вольт - фарадной характеристики, что влечёт за собой повышение чувствительности к измеряемому газу. Однако при этом подходе может возрасти величина разброса нулевых показаний, которая определяется технологией изготовления МДП-сенсоров. В рамках проводимых исследований были экспериментально исследованы МДП-структуры с увеличенным размером металлического затвора.

Средняя толщина плёнки также влияет на динамические характеристики МДП-сенсора – при её уменьшении, динамические характеристики должны улучшаться за счёт увеличения коэффициента диффузии молекул газа в плёнке. Однако нельзя бесконечно уменьшать толщину плёнки металлического затвора в связи с тем, что при уменьшении времени напыления поверхность плёнки изменяет свою структуру и становится островковой и изготовление МДП-конденсатора становится технологически невозможным. В данной работе проводились исследования МДП-сенсоров со средней толщиной металлического затвора 20, 30, 40 нм.

Экспериментальная техника

Основой МДП-сенсора является структура (рис. 1), представляющая собой конденсатор, состоящий из пластины кремния (4), диэлектрических слоев SiO2 и Ta2O5 (2, 3) и палладиевого металлического электрода (затвора) (1). Такой конденсатор обладает электроемкостью C. Температура конденсатора поддерживается в диапазоне 100-150°C с помощью миниатюрного пленочного резистивного нагревателя (7) и стабилизируется электронным блоком с помощью терморезистора (10).

Схема МДП.jpg

Рис. 1. Схема МДП-сенсора: 1 — пленка Pd или Pt, 2 — пленка Ta2O5, 3 — слой SiO2, 4 — пластина кремния, 5 — металлический электрод, 6 — изолирующая пластина, 7 — пленочный нагреватель, 8 — электрические контакты нагревателя, 9, 11 — электрические контакты МДП-конденсатора, 10 – терморезистор

На рис. 2 приведена стандартная вольт-фарадная (C-U) характеристика МДП-сенсора. Принцип действия сенсора состоит в следующем. При осаждении молекул исследуемого газа на поверхности затвора (Pd) C-U-характеристика смещается по оси U. При поддержании на конденсаторе постоянного напряжения, Uсм, наблюдается изменение емкости ∆С, которое преобразуется электронным блоком в аналоговый (или цифровой) сигнал.

Вольт-фарадная характеристика МДП-сенсора.jpg

Рис. 2. Вольт-фарадная характеристика МДП-сенсора при различных температурах нагрева: 1 ‑ 100°С; 2 – 150°С; 3 – 200°С; Uсм – напряжение смещения. Пунктирная кривая соответствует виду C-U-характеристики при воздействии исследуемого газа

Для изготовления МДП-структур применялась лазерная технология напыления тонких пленок металлов и диэлектриков, суть которой состоит в испарении вещества мишени сфокусированным лазерным лучом с последующей конденсацией испаряемого вещества на подложку. Использовался твердотельный лазер на аллюмоиттриевом гранате с длиной волны излучения l = 1,06 мкм. Лазер работал в режиме модулированной добротности с длительностью импульса 10 нс, энергией импульса 0,1 Дж и частотой импульсов 25 Гц. Толщина палладиевого затвора составляла около 30 нм. МДП-структуры монтировались на держателе в соответствии с рис. 1.

После напыления металлической пленки всегда идет самопроизвольное изменение ее микроструктуры, особенно при повышенных температурах работы сенсора, т.е. пленка непрерывно “живет”. Лазерное напыление приводит к повышенной мелкодисперсности и, следовательно, к увеличению количества пор. Стабилизировать мелкодисперсную пленочную структуру можно, как известно, отжигом при повышенных температурах. Поэтому изготовленные и проверенные на брак образцы сенсоров проходят длительный отжиг в атмосферном воздухе при Т ≥ 150°С в течение 100 часов. Эта температура задается специально выше той, при которой они будут потом работать в газоанализаторе. За время отжига процессы стабилизации успевают в основном завершиться.

Для измерения электроёмкости МДП-структуры, а также стабилизации рабочей температуры и задания рабочих параметров МДП-сенсора использовался электронный блок, схема которого представлена на рис. 3. Аппаратные методы, используемые в электронном блоке, позволяют измерять электроёмкость МДП-конденсатора с точностью ± 0,2 пФ и стабилизировать температуру МДП-сенсора с точностью до ± 0,05 ºС. Работой всего электронного блока управляет микроконтроллер.

Блок-схема электронного блока.jpg

Рис. 3. Блок-схема электронного блока для измерения электроёмкости МДП-сенсора и настройки рабочих параметров

Для визуального отображения данных измерений, а также настройки основных рабочих параметров МДП-сенсора, электронный блок подключался к персональному компьютеру.

Измерение чувствительности МДП-сенсоров к исследуемым газам – аммиаку (NH3), сероводороду (H2S), диоксиду азота (NO2), водороду (H2) и этилмеркаптану (C2H5SH) проводилось на экспериментальной установке, блок - схема которой представлена на рис. 4.

Блок-схема экспериментальной установки.jpg

Рис. 4. Блок-схема экспериментальной установки для исследования чувствительности МДП-сенсоров по аммиаку, сероводороду, этилмеркаптану, диоксиду азота

Для получения необходимых концентраций исследуемых веществ, использовались следующие генераторы газовых смесей – термодиффузионный генератор «ГДП-102» (ФГУП «СПО «Аналитприбор», г. Смоленск) и генератор поверочных газовых смесей «ИНФАН» (ООО «Информаналитика», г. Санкт-Петербург). Источники микропотока (ИМ) изготовлены во ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» (г. Санкт-Петербург). Значение массовой концентрации целевого компонента (К, мг/м3) в газовой смеси определяется производительностью ИМ и величиной объёмного расхода газа-разбавителя, в качестве которого использовался очищенный от примесей воздух.

К = (Gн/Q)·1000,                                      (1)

где Gн – производительность ИМ при номинальной температуре термостатирования, приведённая в паспорте на ИМ, мкг/мин, Q – расход газа-разбавителя, см3/мин. При проведении исследований в качестве газа-разбавителя использовался очищенный от примесей (с помощью блока фильтрации) воздух из компрессора. Исследуемый МДП-сенсор размещался в камере, изготовленной из фторопласта для уменьшении сорбции исследуемого вещества на поверхности камеры. Газовая смесь, содержащая исследуемое вещество в известной концентрации, прокачивалась через МДП-сенсор с помощью насоса и сбрасывалась в атмосферу. При этом расход газовой смеси контролировался расходомером и составлял 0,5 л/мин. Для визуализации данных проводимых экспериментов электронный блок подключался к персональному компьютеру. При измерениях чувствительности к водороду через сенсор прокачивалась смесь водорода с воздухом от ПГС, изготовленных московским заводом «МГПЗ».

Исследование чувствительности МДП-сенсоров к хлору проводилось на экспериментальной установке, блок - схема которой представлена на рис. 5

Блок-схема экспериментальной установки 2.jpg

Рис. 5. Блок-схема экспериментальной установки для измерения чувствительности МДП-сенсора по хлору

В основу работы экспериментальной установки заложен принцип управляемого разбавления исходной газовой смеси с известной концентрацией целевого компонента. Коэффициент разбавления (α) исходной газовой смеси определяется соотношением величин объёмного расхода газа-разбавителя (Q1) и исходной газовой смеси (Q2):

α = 1 + (Q1/Q2)                                         (2)

Камера смешения газов экспериментальной установки изготовлена из полипропилена для уменьшения сорбции хлора на поверхности камеры. В качестве источника хлора применялся генератор «Грант-ГХ» (ОАО «Союзцветметавтоматика», г. Москва), который позволяет создавать исходную концентрацию хлора от 2,0 до 50 мг/м3 (от 0,7 до 17 ppm). Т.к. величина объёмного расхода исходной газовой смеси, поступающей из генератора хлора постоянная и составляет около 0,5 л/мин, то варьируя величину объёмного расхода газа-разбавителя (воздуха) в диапазоне от 1,0 до 4,5 л/мин можно изменять коэффициент разбавления α от 3 до 10, получая концентрацию хлора в диапазоне от сотых долей до единиц ppm.

Для понимания условий применимости определённого типа МДП-сенсора необходимо знать минимальную обнаружимую концентрацию (Kм) для конкретного типа газа, которая определяется следующим соотношением:

Kм = 2·(δС/S),                                          (3)

где δС – максимальная величина разброса нулевых показаний сигнала МДП-сенсора (пФ), S – чувствительность МДП-сенсора (пФ/ppm). Величина разброса нулевых показаний сигнала МДП-сенсора зависит от типа сенсора и технологии его изготовления и может изменяться в достаточно широком диапазоне значений от единиц до десятков пФ. Например, для газа типа «Х» чувствительность МДП-сенсора S равна 40 пФ/ppm, при этом δС составляет ± 2 пФ, тогда Km = 0,1 ppm = 100 ppb.

Результаты и обсуждение

Исследования чувствительности МДП-сенсоров к газам проводились на пяти образцах сенсоров. Для исследований были выбраны сенсоры со структурами Pd-SiO2-Si, Pd-Ta2O5-SiO2-Si, Pt-Pd-SiO2-Si. Такие типы МДП-структур, исходя из данных [7-9], наиболее чувствительны к исследуемым газам. Типы структур, а также данные о средних значениях толщины плёнки металлического (палладиевого) затвора и его диаметра, толщины дополнительного слоя диэлектрика (при его наличии), а также данные о толщине слоя пассивации металлического затвора (при его наличии) приведены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики МДП-сенсоров, отобранных для исследований

№ образца

Тип

МДП-структуры

Испытания
по газам

Толщина затвора, нм

Диаметр затвора, мм

Толщина диэлектрика Ta2O5, нм

Толщина слоя пассивации, нм

1

Pd-SiO2-Si

NH3, H2S, C2H5SH, NO2, Cl2, Н2

30

3

-

-

2

Pd-Ta2O5-SiO2-Si

NH3, H2S, C2H5SH, NO2, Cl2, Н2

20

2

100

-

3

Pd-Ta2O5-SiO2-Si

NH3, H2S, NO2,
Cl2, Н2

40

3

100

-

4

Pt-Pd-SiO2-Si

NH3, C2H5SH,
NO2, Cl2

20

2

-

100

5

Pd-Ta2O5-SiO2-Si

Н2

40

2

100

-


В ходе исследований измерялись динамические характеристики образцов сенсоров при подаче на них ступенчатого импульса концентрации газа. Длительность импульса концентрации составляла в среднем до 30 - 40 минут. Динамические характеристики измерялись при двух значениях температур – 100 и 150°С. По динамическим характеристикам определялись чувствительности сенсоров к газам и быстродействие. В табл. 2 представлены данные измерений.

Таблица 2. Чувствительность МДП-сенсоров к газам

S, отн.ед./ppm

Т, °С

№ образца

1

2

3

4

5

SNH3
(0,12 ppm)

100

750

130

160

240

150

475

175

41

225

SH2S
(0,05 ppm)

100

765

200

110

150

700

100

50

SC2H5SH (0,07 ppm)

100

200

0

257

150

210

0

156

SNO2
(0,11 ppm)

100

93

35

105

41

150

15

36

106

37

SCl2
(0,30 ppm)

100

256

160

150

83

16

0

85

SH2
(5,70 ppm)

100

17

12

7

19

150

11

На рис. 6 показаны графики динамических характеристик выбранных сенсоров при температурах 100 и 150 °С.

графики.jpg

Рис. 6. Графики динамических характеристик сенсоров при температуре 100 и 150 °С: а – образец № 1, аммиак; б – образец №2, сероводород; в – образец №1, этилмеркаптан; г – образец №4, диоксид азота; д – образец №4, хлор; е – образец №5, водород. По вертикальной оси отложено значение отклика сенсоров в отн. ед., по горизонтальной оси – время в минутах

Проанализируем полученные результаты.

Наибольшей чувствительностью к NH3 обладает образец №1 при температуре 100°С. Однако при этой температуре сенсор обладает плохими динамическими характеристиками, а именно, время отклика τ0,9 составляет около 30 минут, а время релаксации τ0,1 – стремится к бесконечности, т.е. полной релаксации при этой температуре не происходит. При температуре 150°С образец №1 также обладает наибольшей чувствительностью по сравнению со всеми остальными образцами, но при этом существенно улучшаются динамические характеристики сенсора - τ0,9 = 20 минут, τ0,1 = 20 минут.

Исследования чувствительности МДП-сенсоров к сероводороду проводились на образцах сенсоров №№1, 2, 3. В ходе исследования, измерялись динамические характеристики образцов сенсоров при подаче на них серии ступенчатых импульсов концентрации сероводорода в диапазоне значений от 0,05 до 2,26 ppm. Длительность каждого импульса концентрации составляла около 5 минут. Динамические характеристики измерялись при двух значениях температур – 100 и 150 °С. Чувствительность образцов рассчитывалась для значения концентрации сероводорода – 0,05 ppm. Наибольшей чувствительностью обладает образец №1, при этом величина чувствительности практически не зависит от температуры сенсора. Однако как при температуре 100 °С, так и при температуре 150 °С сенсор обладает очень большими временами релаксации (τ0,9 более 90 минут). МДП-сенсор, изготовленный на основе структуры Pd-Ta2O5-SiO2-Si (образец №2) обладает меньшей чувствительностью, но при этом у него существенно лучше динамические характеристики – при температуре 100 и 150 °С времена отклика и релаксации практически совпадают и составляют: τ0,9 = 10 минут, τ0,1 = 20 минут.

Исследования чувствительности МДП-сенсоров к этилмеркаптану проводились на образцах №№1,2,3. Наибольшей чувствительностью обладает МДП-сенсор, изготовленный на основе структуры Pt-Pd-Ta2O5-SiO2-Si (образец №3) при температуре 100 °С, однако при этой температуре сенсор обладает очень большими временами релаксации и поэтому не может использоваться в качестве сенсора для измерения концентрации этилмеркаптана. МДП-сенсор, изготовленный на основе структуры Pd – SiO2-Si (образец №1) обладает также высокой чувствительностью и приемлемыми динамическими характеристиками при температуре 150 °С - τ0,9 = 20 минут, τ0,1 = 25 минут. МДП-сенсор, изготовленный на основе структуры Pd–Ta2O5-SiO2-Si, не обладает чувствительностью к этилмеркаптану.

Исследования чувствительности МДП-сенсоров к диоксиду азота проводились на образцах №№1,2,3,4. В ходе исследования, измерялись динамические характеристики образцов МДП-сенсоров при подаче на них ступенчатых импульсов концентрации диоксида азота в диапазоне значений от 0,11 до 4,1 ppm. Наибольшей чувствительностью обладает МДП-сенсор, изготовленный на основе структуры Pd–Ta2O5-SiO2-Si-Pd (образец №3), однако при этой температуре сенсор обладает очень большим временем релаксации и ввиду этого не может использоваться в качестве сенсора для измерения концентрации диоксида азота. МДП-сенсор, изготовленный на основе структуры Pt-Pd–Ta2O5-SiO2-Si-Pd (образец №4) обладает меньшей чувствительностью, чем образец №3, однако он обладает приемлемыми динамическими характеристиками при температуре 150 °С - τ0,9 = 10 минут, τ0,1 = 20 минут. Образцы №№1,2 обладают очень большими временами релаксации как при температуре 100 °С, так и при температуре 150 °С.

Исследования чувствительности МДП-сенсоров к хлору проводились на образцах №№1,2,3,4. В ходе исследования измерялись динамические характеристики образцов сенсоров при подаче на них ступенчатого импульса концентрации хлора величиной 0,3 ppm. Наибольшей чувствительностью обладает образец №1, изготовленный на основе структуры Pd-SiO2-Si, при температуре 100 °С. Однако при этой температуре, сенсор обладает плохими динамическими характеристиками, а именно время отклика τ0,9 составляет не менее 30 минут, а время релаксации τ0,1 – около 90 минут. При температуре 150 °С динамические характеристики сенсора значительно улучшаются - τ0,9 = 10 минут, τ0,1 = 15 минут, а чувствительность падает. Образец №4 также обладает достаточной чувствительностью для измерения концентрации хлора на уровне десятых долей ppm. При этом его динамические характеристики схожи с характеристиками образца №1. Следует также отметить, что чувствительности образцов №№1 и 4 практически совпадают при температуре 150 °С. Ввиду схожести характеристик образцов №1 и №4, для измерения концентрации хлора можно использовать как сенсоры на основе структуры Pd-SiO2-Si, так и сенсоры на основе структуры Pt-Pd-SiO2-Si.

По динамическим характеристикам были выбраны образцы МДП-сенсоров с оптимальными параметрами для исследуемых газов: аммиак – образец №1, сероводород – образец №2, этилмеркаптан – образец №1, диоксид азота – образец №4, хлор – образец №4, водород – образец №5.

На рис. 7 показаны статические характеристики для выбранных сенсоров. Статическая характеристика для аммиака, сероводорода, хлора, диоксида азота в представленном диапазоне концентраций описывается логарифмической зависимостью, а статическая характеристика этилмеркаптана – линейной. Измерение статической характеристики образца №2 по сероводороду проводилось при температуре 100 °С.

графики 2.jpg

Рис. 7. Статические характеристики сенсоров: для NO2, NH3, Cl2, C2H5SH – при температуре 150 °С, для H2S – при температуре 100 °С. По вертикальной оси отложено значение отклика сенсоров в отн. ед., по горизонтальной оси – концентрация газа в ppm

По данным о чувствительности и максимальной величине разброса нулевых показаний сенсоров были по формуле (1) рассчитаны минимально обнаружимые концентрации: аммиака – 0,01 ppm для образца №1; сероводорода – 0,01 ppm для образца №2; этилмеркаптана – 0,02 ppm для образца №1; диоксида азота – 0,03 ppm для образца №4; хлора – 0,05 ppm для образца №4; водорода – 0,02 ppm для образца №5.

На рис. 8 показаны зависимости чувствительности сенсоров к исследуемым газам в диапазоне температур от 100 до 200 °С. Из представленных зависимостей видно, что в диапазоне температур от 150 до 200°С чувствительность МДП-сенсоров к газам начинает сильно падать и при температурах, близких к 200 °С, становится равной нулю.

Такое влияние температуры на чувствительность с точки зрения модели, описанной в [6] можно объяснить следующим образом. Для отрыва молекулы газа от центра захвата с энергией Ei молекула газа должна обладать энергией активации. В случае если kТраб < Еi, молекула газа подошедшая к границе раздела захватывается центром захвата. В случае если kТраб > Еi, молекуле газа хватает тепловой энергии для отрыва от центра захвата. Следует отметить, что рабочая температура МДП-сенсора также влияет на коэффициент диффузии молекул газа вглубь плёнки к границе раздела металл-диэлектрик и с ростом температуры увеличивается. Таким образом, увеличивая температуру сенсора можно влиять на время отклика (τ0,9) и релаксации (τ0,1). Казалось бы, что для улучшения динамических характеристик МДП-сенсоров можно неограниченно увеличивать температуру. Однако, как было описано выше, при температуре 200°С чувствительность сенсоров к газу стремится к нулю и, кроме того, при длительной работе тонкоплёночной структуры (МДП-структуры) при высокой температуре невозможно добиться долговременной стабильности его свойств. Поэтому с точки зрения достижения долговременной стабильности свойств МДП-структуры наиболее предпочтительным является работа сенсора при более низких температур. По совокупности параметров оптимальной рабочей температурой МДП-сенсоров является 150 °С.

графики 3.jpg

Рис. 8. Зависимости чувствительности МДП-сенсоров от температуры

Выводы

По результатам данной работы можно сделать следующие выводы.

МДП-сенсоры показали высокую чувствительность к исследуемым газам на уровне сотых долей ppm, что позволяет разработать на их основе газоанализаторы для измерений очень малых концентраций H2S, NO2, C2H5SH, H2, Cl2 и NH3.

Были определены значения минимальной обнаруживаемой концентрации МДП-сенсоров для каждого типа вещества:

-       аммиак (NH3) – 0,01 ppm;

-       сероводород (H2S) – 0,01 ppm;

-       этилмеркаптан (C2H5SH) – 0,02 ppm;

-       диоксид азота (NO2) – 0,03 ppm;

-       хлор (Cl2) – 0,05 ppm.

Следует отметить, что значения минимальной обнаруживаемой концентрации МДП-сенсоров к веществам находятся на уровне характеристик аналитических приборов газового анализа на основе различных высокочувствительных методов измерения концентрации веществ. При этом газоанализаторы, которые могут быть созданы на основе МДП-сенсоров, будут обладать меньшими массогабаритными характеристиками при тех же значениях по чувствительности к определяемым веществам.

Литература

1.       Lundstrom I., Shivaraman M.S., Svensson C.M., Lundkvist L. Hydrogen sensitive field effect transistor. Applied Physics Letters, 1975, v. 26, p. 55.

2.       Shivaraman M.S. Detection of H2S with Pd-gate MOS field-effect transistors. Journal of Applied Physics, 1976, v. 28, №8, p. 3592.

3.       Winquist F., Spetz A., Armgarth M., Nylander C., Lundstrom I. Modified palladium metal-oxide-semiconductor structures with increased ammonia gas sensitivity. Applied Physics Letters, 1983, v. 43, №9, p. 839.

4.       Николаев И.Н., Уточкин Ю.А. Газоанализатор NO2 в области ПДК санитарной зоны. ПСУ, 1999, №5, с. 46.

5.       Jordan Muclay G. The response of MOS sensors with ultrathin palladium gates to carbon monoxide and methane. Sensors and Actuators B, 1999, v. 14, p.331.

6.       Николаев И.Н., Литвинов А.В., Емелин Е.В. Механизм чувствительности МДП-сенсоров к концентрациям газов. Датчики и системы, 2006, №7, стр. 66-73

7.       Николаев И.Н., Емелин Е.В. Чувствительность МДП-сенсоров к концентрациям различных газов. Научная сессия МИФИ 2005, Сборник научных трудов, т. 4, стр. 197-198.

8.       Николаев И.Н., Емелин Е.В., Ноздря Д.А., Соколов А.В. Особенности чувствительности МДП-сенсоров к аммиаку. Сенсор, 2005, №4, стр. 7-11.

9.       Николаев И.Н., Емелин Е.В., Соколов А.В. Чувствительность МДП-сенсоров к содержанию различных газов в воздухе. Датчики и системы, 2005, №10, стр. 37-39.

Вернуться к списку новостей