4. Области применения термоэлементов в современной технике.

Полупроводниковые материалы составляют основу современных больших и сверхбольших интегральных схем,  для изготовления «силовых» полупроводниковых приборов (вентили, тиристоры, мощные транзисторы), для создания полупроводниковых лазеров и светодиодов.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СЕНСОРОВ.

1. Оксидные материалы как сенсоры для газового анализа.

Оксидные материалы – это обширный класс соединений включает вещества, отличающиеся таким разнообразием свойств, которое не имеет аналогов у других групп неорганических соединений.

Такие оксиды используются для создания высокоогнеупорной керамики. Традиционным является также применение оксидов, обладающих высокой твердостью в качестве абразивных материалов. Огромное значение имеют катализаторы на основе оксидов самого разнообразного состава и структуры, в особенности сложные оксиды типа цеолитов. Без них трудно представить себе современную химическую промышленность.

2. Требования, предъявляемые к материалам:(рассмотреть на примере SnO2, требования к структуре поверхности, типу проводимости и повышения селективности, как датчика для анализа на содержание со).

Ионная проводимость характерна для оксидов со структурой флюорита, не содержащих элементов, способных проявлять переменную валентность. К их числу относятся, например, твердые растворы оксидов циркония или гафния с оксидами магния, кальция или иттрия.

Сенсорные свойства проявляет многие оксиды металлов (ZnO, WO₃, In₂O₃, SnO₂ и др.), а диоксид олова SnO₂ наиболее изучен.

Структура

Чистые SnO₂ являются диэлектриками. Но на практике он является полупроводником n-типа, тк есть отклонения от стехиометрического состава SnO_(2-γ) (тк олово имеет переменную валентность) преимущественно на поверхности пленок, сопровождающиеся образованием вакансий по кислороду.

Модифицирование

SnO₂ как сенсор газа имеет недостаток - невысокую селективность (невозможность выделить вклад того или другого типа молекул в интегральное изменение проводимости). Для улучшения селективности - модификация поверхности п/проксида Ме-катализаторами (Au, Pt, Pd и др. благородныеМе), которые могут влиять на электронные и каталитические свойства поверхности. А именно, увеличивается количество адсорбционных центров, которые способны вступать в реакцию с СО.

при легировании: увеличение чувствительности, уменьшается время отклика

Требования к структуре поверхности

Сама пленка по толщине может выходить за пределы 100 нм. Но ее структурные составляющие (частицы) имеют наноразмеры. =>сенсорная пленка представляет собой пленочную наноструктуру.

Для увеличения области покрытия частицами необходимо обеспечить максимальную насыпную массу. Только маленькие частицы нам не подходят (так как обедненный слой будет занимать почти всю частицу), только большие – тоже. Поэтому применяют просейку для компановки частиц разного размера. Так мы увеличим «плотность упаковки» частиц в пленке и обеспечим разброс по дисперсности.

Золь-гель метод получения пленки

Плюсы: низкие температуры процессов и гомогенность на молекулярном уровне. Процесс:

1. Образование золя в ходе хим. реакций

2. Выделение коллоидных частиц центрифугированием.

3. Прокаливание оловянной кислоты → образование нанопорошокаSnO₂(частицS 4-6 нм)

4. Внесение катализаторов (палладий Pd и золото Au)(порошок пропитываютсолями Ме и отжиг).

5. Образование пасты (порошок смешивали с этиленгликолем).

6. Нанесение пасты на подложку

7. Отжиг(750 °С)

Анализ СО

СO₂ ядовит, образуется при горении С + О = СO₂↑. Анализ СО важен в плане экологии и с экономической точки зрения – для экономии топлива. (СО – продукт неполного сгорания, то есть его образование ведет к снижению КПД. =>необходим контроль содержания СО в отходящих дымовых газах.)

Диоксид олова является катализатором окисления по отношению к реакции типа СО + 1/2О₂ = СО₂. (из-за переменной валентности). Адсорбция вызывает увеличение или уменьшение проводимости полупроводника в зависимости от того, какой газ (акцепторный или донорный) адсорбируется и на каком полупроводнике (с электронной или дырочной проводимостью). Адсорбция кислорода на полупроводнике с электронной проводимостью, изготовленном из диоксида олова, снижает проводимость.