Газочувствительность полупроводниковых оксидов металлов как результат химических превращений и химических реакций на каталитически активных поверхностях
Ключевые задачи по проблемам хемосорбции молекул кислорода и воды на поверхности полупроводниковых оксидов металлов (ПОМ), их каталитической активности. Механизмы взаимодействия газов с ПОМ. Проблемы сенсорной диагностики, которые требуют решения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.03.2018 |
| Размер файла | 4,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
111
Размещено на http://www.allbest.ru/
РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР “КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ”
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктора физико-математических наук
Газочувствительность полупроводниковых оксидов металлов как результат химических превращений и химических реакций на каталитически активных поверхностях
Специальность 01.04.17.
Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва
Малышев Валерий Валентинович
Москва - 2008 г.
Работа выполнена в Институте молекулярной физики Российского научного центра “Курчатовский институт”
Научный консультант по вопросам химии доктор химических наук В.К. Ежов
Официальные оппоненты:
Гордон Евгений Борисович - доктор физико-математических наук, Институт проблем химической физики РАН
Набиев Шавкат Шарифович - доктор физико-математических наук, Российский научный центр "Курчатовский институт"
Трахтенберг Леонид Израйлевич - доктор физико-математических наук, Институт химической физики им.Н. Н. Семенова РАН
Ведущая организация Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я. Карпова, ФГУП (НИФХИ)
Защита состоится __________________________ на заседании диссертационного совета Д 520.009.05 в РНЦ “Курчатовский институт” в____ час. ____ мин. по адресу: 123182, Москва, площадь Академика Курчатова, д.1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского научного центра “Курчатовский институт”
Автореферат разослан _________________________________________
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор химических наук В.Ф. Серик
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Актуальность выбранной темы диссертации определяется необходимостью решения целого ряда проблем по химическим превращениям и химическим реакциям газов на каталитически активных поверхностях полупроводниковых оксидов металлов (ПОМ), нашедших в настоящее время широкое применение в качестве первичных преобразователей концентрации газов в окружающем воздухе. К ним относятся:
· Хемосорбция молекул кислорода и воды на поверхности ПОМ, формирование "кислородно-гидроксильного" слоя (далее КГС), определение его состава и температурных границ. КГС создает каталитически активную поверхность и играет, наряду с естественными дефектами ПОМ "биографического" происхождения, роль активных центров, на которых, по существу, и происходят реакции диссоциации и химические реакции взаимодействия продуктов диссоциации с реакционноспособными ион-радикалами кислорода и отрицательно заряженными гидроксильными группами, входящими в состав КГС. От свойств КГС зависят сопротивление и проводимость ПОМ, характер их зависимости от температуры и, в конечном счете, газочувствительность к анализируемым газам. В свою очередь газочувствительность и проводимость ПОМ, как непосредственно измеряемые на опыте физические величины, являются достаточно объективными инструментальными средствами для исследования указанных процессов на каталитически активных поверхностях.
Процесс хемосорбции кислорода и молекул воды, с нашей точки зрения, изучен недостаточно, и данные разных авторов нередко противоречивы. В литературе отсутствуют экспериментальные данные по температурным границам существования хемосорбированных ионов кислорода и гидроксильных групп, а также связи КГС с электрофизическими параметрами ПОМ. Указанные вопросы наряду с реакционными способностями КГС, определяющими свойства и специфику ПОМ, являются, по существу, одними из ключевых вопросов в проблеме катализа и каталитических реакций на поверхности ПОМ. Изучение данного вопроса имеет не только научный интерес, но и большое практическое значение с точки зрения газочувствительности ПОМ.
· Влияние паров воды в воздухе или его влажности на показания (сопротивление, проводимость) ПОМ. Этому вопросу посвящено достаточно большое число публикаций, однако, данные разрознены, их трудно систематизировать. Результаты исследований газочувствительности к самим парам воды в литературе отсутствуют, хотя они могли бы ответить на многие поставленные выше вопросы.
· Проблема газочувствительности различных типов ПОМ к выбранным нами газам. Как показал литературный обзор публикаций, этому вопросу уделено достаточно большое внимание, однако, данные разных авторов нередко противоречивы и, что главное, не подлежат систематизации. Для построения эмпирических уравнений для концентрационных зависимостей в основном использовались данные для чувствительности, которая, как показали наши исследования, не может быть мерой концентрации газов. Для использования ПОМ в практических целях требуются результаты, основанные на систематических исследованиях структур, изготовленных из материалов, произведенных на предприятиях России, а эмпирические уравнения для концентрационных зависимостей должны быть построены по данным для сопротивления ПОМ, которое является единственной мерой концентрации газов.
· Каталитическая активность ПОМ, которая по определению является главной характеристикой для любого катализатора. Она включает в себя такие параметры, как быстродействие, тип реакций взаимодействия ПОМ с анализируемыми газами, селективность ПОМ к конкретным газам. Указанные вопросы в литературе освещены слабо, имеющиеся отдельные данные по быстродействию противоречивы и нередко не соответствуют действительности. В литературе также отсутствуют сведения о принадлежности реакций газов к определенному типу каталитических реакций. Вопросы селективности сводятся в основном к проблемам перекрестной чувствительности и никак не связываются с типом каталитических реакций газов на поверхности ПОМ.
· Систематизация химических реакций, протекающих в процессе контактов газов с поверхностью ПОМ. Реакций, объясняющих механизмы взаимодействия ПОМ с газовыми примесями, в литературе приведено достаточное количество, но отсутствует системный подход при их рассмотрении. Нередко отсутствуют сведения о балансе электронов, участвующих в реакциях ионов кислорода и, особенно, гидроксильных групп, входящих в состав КГС. Отсутствуют также сведения о реакциях регенерации ПОМ в сухом и влажном воздухе после удаления газов.
· Актуальность работы предопределяется выбором газов и типов ПОМ для проведения исследований. В работе использовались наиболее востребованные на сегодня газы с точки зрения пожарной безопасности (СН4 и Н2), экологии окружающего воздуха (СН4, СО, NH3, NO), безопасности и здоровья персонала при работе с взрывоопасными (CH4, H2) и токсичными (CO, NH3, NO) газами. В исследованиях использовался наиболее распространенный, химически стойкий, стабильный и изученный тип ПОМ - двуокись олова (SnO2), в порошок которого с целью повышения чувствительности и снижения рабочих температур добавлялись различные каталитические добавки.
· Подавляющее большинство экспериментальных исследований по газочувствительным и динамическим характеристикам ПОМ в смесях воздуха с различными газами выполнено зарубежными специалистами. В РФ таких систематических и широкомасштабных исследований практически не проводилось.
Цель и задачи исследований. На основании перечисленных выше проблем вырисовывается ряд ключевых задач по проблемам хемосорбции молекул кислорода и воды на поверхности ПОМ, каталитической активности ПОМ, механизма взаимодействия газов с ПОМ, а также проблемам сенсорной диагностики, которые требуют своего решения. Для этого необходимо выполнить работы по следующим направлениям:
· Исследовать проводимость ПОМ в сухом воздухе в максимально возможном интервале температур, что позволит получить информацию о закономерностях и температурных границах формирования хемосорбированных ионов кислорода на поверхности ПОМ ("кислородной" части КГС).
· Исследовать газочувствительность к парам воды нескольких типов ПОМ в максимальном интервале влажности от 0 до 100% RH и температур ПОМ. Такие исследования позволят составить представление о закономерностях и температурных границах формирования "гидроксильной" части КГС (ионов ОН?).
· На основании результатов исследований проводимости ПОМ в сухом и влажном воздухе определить состав кислородно-гидроксильного слоя (КГС), что позволит интерпретировать закономерности чувствительности ПОМ к газам и ее зависимости от влажности газовой среды.
· Провести исследования температурной зависимости чувствительности нескольких типов ПОМ к различным газам в сухом воздухе в широком диапазоне температур при одинаковой концентрации анализируемых газов. Такие исследования, проведенные в идентичных условиях, позволят получить представления о влиянии каталитических добавок в слой SnO2 на чувствительность ПОМ, а также определить оптимальные температурные режимы при эксплуатации сенсоров.
· Исследовать концентрационную зависимость для нескольких типов ПОМ и поименованным выше газам в широком, практически важном, диапазоне концентраций и максимальном диапазоне изменения влажности воздушно-газовой среды от 0 до 100 % RH. Такие исследования позволят установить степень влияния влажности на показания ПОМ, определить лучшую структуру ПОМ для регистрации каждого газа в метрологически корректной влажной воздушно-газовой среде (стандартная атмосфера с влажностью от 0 до 100% RH и только одна конкретная газовая примесь), определить эмпирические зависимости сопротивления ПОМ от концентрации газа, описывающие опытные данные с наименьшей погрешностью в возможно большем интервале концентраций газов и влажности газовой среды. Такие исследования позволят также оценить дрейф сопротивления в чистом воздухе и воспроизводимость показаний в пределах одного цикла измерений, а также порог чувствительности для каждого газа и структуры ПОМ в сухом и влажном воздухе.
· Исследовать динамические характеристики различных структур ПОМ в сухих газовых средах. Такие исследования позволят оценить скорость реакций газов с ПОМ. На основании измеренных и вычисленных параметров для ПОМ и их тенденциях можно оценить каталитическую активность исследуемых ПОМ, установить тип их реакций с анализируемыми газами.
· Интерпретировать механизмы взаимодействия газов с поверхностью ПОМ наиболее вероятными химическими реакциями газов с КГС с соблюдением баланса электронов, хемосорбированных ионов кислорода и гидроксильных групп в каждой реакции, а также представить химические реакции регенерации ПОМ после удаления газов.
· Исследовать структуры ПОМ на длительную стабильность и воспроизводимость показаний. Такие исследования позволят сделать заключение о распределении на поверхности газочувствительного слоя ПОМ хемосорбированных ионов кислорода, групп ОНЇ и вакансий кислорода, а также непосредственно измерить важнейший эксплуатационный параметр газовых сенсоров - воспроизводимость показаний.
Научная новизна. В процессе реализации поставленных задач и целей исследований были выполнены следующие работы:
хемосорбция молекула кислород полупроводниковый оксид
1. Впервые выполнены исследования проводимости шести типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с пятью каталитическими добавками: 3% La2O3, 3% Pd, 1% Sb2O5 + 3% La2O3, 1% Pt + 3% Pd и 3% Pd с каталитическим слоем из Al2O3 в азоте марки ОСЧ и сухом воздухе в диапазоне от комнатной температуры до 6500С, позволившие установить ранее неизвестные закономерности для собственного полупроводника и получить новые данные по хемосорбции молекул кислорода.
2. Впервые проведены исследования чувствительности к парам воды в воздухе для семи типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с шестью каталитическими добавками: 3% La2O3, 3% Pd, 1% Sb2O5 + 3% La2O3, 1% Pt + 3% Pd, 3% Pd с каталитическим слоем из Al2O3 и 1% CuO. Выполнены исследования концентра-ционной зависимости для пяти типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с четырьмя каталитическими добавками: 3% La2O3, 3% Pd, 1% Sb2O5 + 3% La2O3, 3% Pd с каталитическим слоем из Al2O3 в диапазоне концентрации паров Н2О от 0.28 до 2.9 % об. (10 - 100 % RH) при изменении температуры ПОМ от 200 до 6000С.
3. Впервые проведены систематические исследования чувствительности (отклика) к СО, СН4, Н2, NН3, С6Н14, С2Н5ОН семи типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с шестью каталитическими добавками: 3% La2O3, 3% Pd, 1% Sb2O5 + 3% La2O3, 3% Pd с каталитическим слоем из Al2O3, 1% CuO в сухом воздухе при концентрации газов 200 ppm в диапазоне температур 100 - 6000С.
4. Впервые проведены исследования чувствительности (отклика) к NО шести типов ПОМ на основе чистых SnO2, ZnO и WO3, а также структур SnO2 с тремя каталитическими добавками: 3% La2O3, 1% Sb2O5 + 3% La2O3 и 1% Pt + 3% Pd в сухом воздухе при концентрации 100 ppm NО в диапазоне температур 100 - 6000С.
5. Впервые проведены систематические исследования концентрационной зависимости четырёх типов ПОМ на основе SnO2 и SnO2 с тремя каталитическими добавками: 3% La2O3, 1% Sb2O5 + 3% La2O3 и 1% Pt + 3% Pd в смесях воздуха с СО. Исследования проводились при оптимальном режиме нагрева в диапазоне концентраций 0.5 - 98 ppm СО и семи значениях влажности газовой среды 0, 10, 20, 40, 60, 80 и 100% RH.
6. Впервые проведены систематические исследования концентрационной зависимости четырёх типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с тремя каталитическими добавками: 3% Pd, 1% Pt + 3% Pd, 3% Pd c каталитическим слоем из Al2O3 в смесях воздуха с СН4. Исследования проводились при оптимальном режиме нагрева в диапазоне концентраций 1 - 20600 ppm СН4 и семи значениях влажности газовой среды 0, 10, 20, 40, 60, 80 и 100% RH.
7. Впервые проведены систематические исследования концентрационной зависимости шести типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с пятью каталитическими добавками: 3% Pd, 3% La2O3, 1% Pt + 3% Pd, 1% Sb2O5 + 3% La2O3 и 3% Pd c каталитическим слоем из Al2O3 в смесях воздуха с Н2. Исследования проводились в режиме нагрева до температур 450 и 5000С в диапазоне концентраций 1 - 19700 ppm Н2 при семи значениях влажности газовой среды 0, 10, 20, 40, 60, 80 и 100% RH.
8. Впервые проведены систематические исследования концентрационной зависимости четырех типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с тремя каталитическими добавками: 3% Pd, 3% La2O3 и 1% Pt + 3% Pd в смесях воздуха с NН3. Исследования проводились в диапазоне концентраций 0.5 - 100 ppm NН3 при шести значениях влажности газовой среды 0, 10, 20, 40, 60, и 80 % RH.
9. Впервые проведены систематические исследования концентрационной зависимости шести типов ПОМ на основе чистых SnO2, ZnO и WO3, а также структур SnO2 с тремя каталитическими добавками: 3% La2O3, 1% Sb2O5 + 3% La2O3 и 1% Pt + 3% Pd в смесях воздуха с NО. Исследования проводились при нескольких температурах нагрева в диапазоне концентраций 0.5 - 100 ppm NО при семи значениях влажности газовой среды 0, 10, 20, 40, 60, 80 и 100 % RH.
10. По результатам выполненных систематических концентрационных исследований (пп.5 - 9) во влажном воздухе получены новые данные по зависимости сопротивления и чувствительности образцов ПОМ от влажности газовой среды. Определены оптимальные структуры ПОМ для регистрации СО, СН4, H2, NН3 и NO. Для всех исследованных газов и ПОМ получены эмпирические концентрационные зависимости, описывающие опытные данные практически во всей области концентраций в диапазоне влажности 0 (10) - 100 % RH с погрешностью до 10 - 15%.
11. Впервые получены данные для порогов чувствительности Сmin к исследованным газам во влажном воздухе и уточнены данные для сухого воздуха, значения которых, как оказалось, во много раз (иногда на порядки) ниже литературных данных.
12. Проведены исследования динамических характеристик поименованных выше типов ПОМ для следующих газов: Н2О, CO, CH4, H2, NH3, С6Н14, С2Н5ОН и H2S в диапазоне температур от 300 до 6000С. Измерения проводились в сухих газовых смесях воздуха с двумя значениями концентрации газов, отличающимися по величине от 10 (Н2О, H2S) до 10000 (Н2, С2Н5ОН) раз. Данные по быстродействию в таком объеме и качестве получены впервые.
13. Проведены 129 - суточные испытания шести типов ПОМ с газочувствительными слоями из чистой SnO2 и SnO2 с пятью каталитическими добавками: 3% Pd, 3% La2O3, 1% Sb2O5 + 3% La2O3, 1% Pt + 3% Pd и 3% Pd c каталитическим слоем из Al2O3 на длительную стабильность и воспроизводимость показаний в газовых смесях воздуха с 16 ppm СО и 15000 ppm СН4 при различных температурах нагрева и влажности воздуха 55 % RH. Данные по воспроизводимости показаний ПОМ при длительных испытаниях ПОМ получены впервые.
14. Предложены новые схемы химических реакций взаимодействия исследованных газов с поверхностью ПОМ, протекающих по следующему сценарию: диссоциация молекул > химические реакции продуктов диссоциации с хемосорбированными ионами О2 - и ОН?, входящими в состав КГС. При этом соблюден баланс электронов и участвующих в реакциях хемосорбированных ионов. Впервые представлены реакции регенерации ПОМ в сухом и влажном воздухе после удаления газов.
15. На основе анализа экспериментальных данных по проводимости и чувствительности (отклика) ПОМ установлены новые критерии для определения типа реакций с ПОМ для донорных и акцепторного газа (NO) в условиях существования на их поверхности "кислородно-гидроксильного" слоя.
Достоверность результатов. Полученные в работе научные результаты отличаются своей достоверностью, поскольку исследования выполнены на прокалиброванном оборудовании с применением специально разработанной прецизионной компьютерной методики и образцовых средств измерения давления газов с классом точности 0.15 и 1.5 В качестве исходных газовых смесей использовались метрологические аттестованные поверочные газовые смеси (ПГС) и поверочный нулевой газ (ПНГ) - воздух, изготовленные на предприятии ОАО "Линде-газ" и снабженные паспортом на каждый газовый баллон. Приготовление газовых смесей с микроконцентрациями газов производилось на лабораторной газосмесительной установке по разработанной автором манометрической методике смешения газовых компонентов в баллонах из нержавеющей стали под давлением. Калибровка электроизмерительной аппаратуры производилась с помощью высокоточных сопротивлений типа С2-29 класса 0.5 и 0.25. Для изготовления исследуемых образцов ПОМ использовались химические соединения марки ЧДА. Представительность полученных результатов обеспечивалась одновременным тестированием нескольких образцов каждого типа ПОМ.
Практическая значимость результатов работы. Проведенные исследования и испытания с опытными образцами ПОМ позволили получить и систематизировать новые данные по газочувствительным и метрологическим характеристикам, нередко отличающиеся в лучшую сторону от принятых в научной среде результатов. Опытные образцы газовых сенсоров практически подготовлены для использования в качестве первичных преобразователей концентрации газов в приборах газового контроля.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Универсальный экспериментально измерительный комплекс с методикой проведения исследований и калибровки образцов газочувствительных датчиков разных типов в газовых смесях воздуха, азота, аргона с различными (в том числе токсичными) газами, состоящий из следующего оборудования:
· Двух газо-смесительных установок (ГСУ) для приготовления лабораторных газовых смесей в баллонах под давлением;
· Универсальной газо-динамической установки (ГДУ) с 4-мя модификациями для исследования газочувствительности к растворимым и нерастворимым в воде газам, исследования динамических параметров датчиков и модификации для исследования динамических параметров и чувствительности датчиков к парам воды;
· Комплекта электроизмерительного и компьютерного оборудования, обеспечивающего нагрев и термостабилизацию образцов ПОМ, а также проведение исследований на ГДУ, измерение показаний образцов и их запись на магнитных носителях в автоматическом режиме по программе, разработанной для PC IBM.
2. Метод измерения проводимости в качестве инструментального средства для изучения хемосорбционных явлений на каталитически активных поверхностях ПОМ.
3. Результаты впервые выполненных исследований проводимости чистой SnO2 и ПОМ на ее основе в среде инертного газа (азота) и в сухом воздухе в области температур от комнатной до 6500С, позволившие установить неизвестные ранее закономерности для полупроводников. На основании полученных экспериментальных данных впервые удалось оценить состав "кислородной" части КГС, оценить температурные границы существования хемосорбированных ионов кислорода О? и О2 - и их концентрацию на всех стадиях их формирования.
4. Результаты впервые выполненных исследований проводимости SnO2 и ПОМ на ее основе в сухом и влажном воздухе в области температур 200 - 6000С, позволившие экспериментально установить закономерности формирования "гидроксильной" части КГС и оценить концентрацию гидроксильных групп ОН? на поверхности ПОМ.
5. Экспериментальные данные по составу кислородно-гидроксильного слоя на поверхности ПОМ и интерпретация его роли в формировании чувствительности ПОМ к газам. Показано, что концентрация хемосорбированных ионов кислорода О? и О2 - и гидроксильных групп ОН? определяется концентрацией свободных носителей (электронов) в зоне проводимости ПОМ.
6. Результаты впервые выполненных исследований чувствительности нескольких типов ПОМ на основе SnO2 к парам воды и концентрационных исследований во влажном воздухе в диапазоне концентраций паров воды от 0 до 2.9 % об (100 % RH). Установлено, что наименьшее влияние влажности на показания образцов ПОМ наблюдается при температурах нагрева выше 450 - 5000С.
7. Результаты впервые выполненных систематических исследований чувствительности (отклика) нескольких типов ПОМ на основе чистой SnO2 и SnO2 с шестью каталитическими добавками: 3% La2O3, 3% Pd, 1% Sb2O5 + 3% La2O3, 1% Pt + 3% Pd, 1% CuO и 3% Pd с каталитическим слоем из Al2O3 в сухом воздухе к 8 газам: Н2О, СО, СН4, Н2, NH3, NO, C6H14 и C2H5OH.
8. Результаты впервые выполненных систематических исследований концентрационных зависимостей нескольких типов ПОМ в газовых смесях воздуха с СО, СН4, Н2, NH3 и NO в широком диапазоне концентраций газов при семи значениях влажности 0, 10, 20, 40, 60, 80 и 100 % RH. Для всех исследованных газов определены наилучшие структуры ПОМ, для которых получены эмпирические концентрационные зависимости, описывающие опытные данные практически во всей области исследований с погрешностью до 10 - 15%.
9. Новые данные для порогов чувствительности ПОМ к исследованным газам во влажном, а также в сухом воздухе, значения которых оказались во много раз (иногда на порядки) ниже литературных данных.
10. Результаты проведенных исследований по быстродействию нескольких типов ПОМ в сухих газовых смесях воздуха с 8 газами. Показано, что постоянная времени при нарастании концентрации газов ф0.9^ и при ее спаде ф0.9v снижается с ростом температуры и достигает уровня ? 1 сек уже 450 - 5000С. Данные по быстродействию в предложенном объеме и качестве получены впервые.
11. Результаты проведенных 129 - суточных испытаний шести типов ПОМ на длительную стабильность и воспроизводимость показаний в газовых смесях воздуха с 16 ppm СО и 15000 ppm СН4 при различных температурах нагрева и влажности воздуха 55 % RH. Показано, что единственной мерой концентрации газовых примесей в воздухе может быть только сопротивление (проводимость) ПОМ, которое гораздо меньше подвержено временным и "биографическим" факторам. Установлено, что наилучшей для регистрации СО и СН4 по стабильности и воспроизводимости показаний является структура SnO2 + 3% La2O3, нагретая до 5000С. Для этого ПОМ воспроизводимость показаний, по крайней мере, с шестого дня испытаний находится в пределах 4.5 % для СО и 3 % для СН4. Такие данные для ПОМ получены впервые.
12. Наиболее вероятные, по мнению автора, химические реакции взаимодействия исследованных газов с поверхностью ПОМ, протекающие по следующему сценарию: диссоциация молекул > химические реакции продуктов диссоциации с хемосорбированными ионами О2 - и ОН?, входящими в состав КГС. Для каждой реакции газов с КГС представлен баланс электронов, хемосорбированных ионов и дополнительных вакансий кислорода. Убедительно продемонстрирован акцепторный характер реакции NO с ПОМ. Впервые представлены реакции регенерации ПОМ в сухом и влажном воздухе после удаления газов.
13. Новые критерии по определению типа реакций для донорных и акцепторного газа (NO) с ПОМ в условиях существования на их поверхности "кислородно-гидроксильного" слоя, определенные на основе анализа экспериментальных данных по проводимости и чувствительности ПОМ. Установлено, что реакции СO, CH4, H2, NH3, H2O с поверхностью исследованных ПОМ должны быть отнесены к донорному или р-типу реакции независимо от типа полупроводника, а реакция NО с поверхностью ПОМ к акцепторному или n - типу реакции, особенно, при концентрациях выше 1-10 ppm NО и влажности выше 10% RH.
14. Заключения и выводы, сделанные на основе температурных зависимостей чувствительности исследованных ПОМ к различным газам, по их селективности в сухом воздухе при концентрации газов 200 ppm (для NO при концентрации 100 ppm) и по возможностям практического применения ПОМ. Показано, что акцепторный n-тип реакций NO со всеми ПОМ, а СО со структурами SnO2 + 3 % Pd с каталитическим слоем из Al2O3 и SnO2 + 1% CuO в интервале температур 150 - 3500С может рассматриваться как критерий селективности ПОМ к указанным газам.
Вклад автора. Автор разработал концептуальную основу решения поставленных задач, экспериментальное оборудование (ГСУ и ГДУ и ее модификаций), методику проведения исследований, а также алгоритм измерения газочувствительных характеристик ПОМ. Автором разработана методика проведения исследований хемосорбции молекул кислорода и воды на поверхности ПОМ и определения состава КГС. Автор лично выполнил все исследования по газочувствительности, быстродейст-вию и воспроизводимости ПОМ в газовых смесях воздуха с исследованными газами. Автором разработана методика обработки опытных данных, дана интерпретация полученных результатов и методика построения химических реакций газов с КГС на поверхности ПОМ, а также реакций регенерации ПОМ после удаления газов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, Заключения, Библиографии, 2 Глав с обзором литературы по материалам диссертации, 10 оригинальных Глав и трех Приложений. Материал диссертации представлен на 349 листах, включающих 132 рисунка и 38 таблиц.
Апробация результатов исследований. Результаты исследований представлялись на следующих Всесоюзных, Всероссийских и Международных конференциях и семинарах:
1. Конференция "Датчики на основе технологии микроэлектроники", МДНТП им.Ф.Э. Дзержинского, Москва, 1989, СССР;
2. III научно-технический семинар по электронным датчикам, Сентябрь 1989, ЦНИИ ”Электроника”, Москва, СССР;
3. Всесоюзная конференция ”Химические сенсоры - 89”,20 - 24 сентября 1989, Ленинград, СССР;
4. International Conference “Eurosensors IV”, 1-3 October 1990, Karlsruhe, FRG;
5. Вторая всесоюзная конференция по анализу неорганических газов, 1-5 октября 1990, Ленинград, СССР;
6. IV-конференция "Электронные датчики "Сенсор-91"", 10-12 июля 1991, Ленинград, СССР;
7. Конференция по атомно-водородной энергетике, ИАЭ им. И.В. Курчатова, Москва, 1991;
8. International Congress “Metrology - 91”, 17-19 September 1991, Lyon, France;
9. International Conference “Eurosensors V”, 30 Sept. - 2 Oct. 1991, Rome, Italy;
10. International Conference “Eurosensors VI”, 5-7 Octоber 1992, S-Sebastian, Spain;
11. Conference “MST Physical Sensors, LIGA - Processes”, June 22-23 1993, St. Peterburg, RF;
12. ”Microsystems technology - Russia”, ”Сенсор-Техно-93”, July, С-Петербург, 1993; 13. International Conference “Eurosensors VII”, 26-29 September 1993, Budapest, Hungary; 14. Conference on Gas Sensors, 5-8 October 1993, Vilnius, Lithuania; 15. The 6-th International Metrological. Congress, 19-21 October 1993, Lille, France; 16. The 5-th International meeting on chemical sensors, 11-14 July 1994, Roma, Italy; 17. International Conference “Eurosensors VIII”, 25-28 September 1994, Toulouse, France; 18. International Conference “Eurosensors IX and Transducer”, 2-5 October 1995, Stockholm, Sweden; 19. VI International meeting on chemical sensors, 22-25 July, Gaithersburg. USA, 1996; 20. American Chemical Society Meeting, 25-30 August 1996, Orlando, USA; 21. The 10-th European Conference on Solid-State Transducers ”Eurosensors-X”, 8-11 September 1996, Leuven, Belgium; 22. The 11-th European Conference on Solid State Transducers “Eurosensors-XI”, 21-24 September 1997, Warsaw, Poland; 23. AGS Symposium Series 690, Polymers in Sensors, July 1998, Detroit, USA; 24. The 4-th East Asian Conference on Chemical Sensors, 23-26 November 1999, Hsinchu, Taiwan; 25. Всероссийская конференция с международным участием "Сенсор 2000", Сенсоры и микросистемы, 21 - 23 июня 2000, Санкт - Петербург, РФ; 26. Ученый Совет Института Молекулярной Физики РНЦ “Курчатовский институт” (представление результатов исследований на Курчатовский Конкурс работ РНЦ), Ноябрь 2000, Москва; 27. Ученый Совет Института
Молекулярной Физики РНЦ “Курчатовский институт” (апробация докторской диссертации), Декабрь 2007, Москва.
Публикации. Общее число научных трудов автора - 128, из них по тематике диссертации 85, включая 37 статей, 28 тезисов конференций и 20 научных отчета. В журналах из перечня ВАК РФ опубликовано 7 работ.
Основное содержание работы
Во Введении сформулированы общие представления о предмете исследований, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна, практическая ценность и достоверность полученных результатов. Приведены наиболее характерные примеры каталитических свойств полупроводниковых оксидов металлов (ПОМ), даны строгие критерии определения понятия катализатор. Даны сведения об апробации работы, основных положениях, выносимых на защиту, основных публикациях и личном вкладе автора, описаны структура и объем диссертации.
В Главе 1 даны общие представления об особенностях полупроводниковых оксидов металлов, о процессах, происходящих при адсорбции газов на их поверхности, кратко изложены основы теории хемосорбции газов на поверхности полупроводников и каталитической активности ПОМ.
В Главе 2 представлен обзор литературных данных по газочувствительным характеристикам различных ПОМ к пяти анализируемым газам (CO, CH4, H2, NH3 и NO). Обзор включает в себя 140 публикаций за период с 1995 по 2007 г.
Глава 3. Экспериментальная аппаратура для исследования газочувствительных и динамических характеристик образцов ПОМ. Методика проведения исследований и обработки опытных данных.
Исследования газочувствительных и динамических характеристик образцов ПОМ проводились на лабораторном газо-измерительном комплексе Института Молекулярной Физики РНЦ "Курчатовский Институт". Он состоял из двух газо-смесительных установок (ГСУ), баллонов с газовыми смесями и чистым воздухом, газо-динамической установки (ГДУ) и блока регистрации и измерения сигнала сенсоров. ГСУ предназначена для получения газовых смесей в баллонах под давлением.
3.1 Газо-динамическая установка.
Газо-динамическая установка (ГДУ) позволяла создавать калибровочные газовые смеси практически с любыми газовыми компонентами, включая взрывоопасные и токсичные газы, в широком диапазоне концентраций и влажности газовой среды. ГДУ имела несколько модификаций, каждая из которых предназначалась для проведения конкретных исследований в конкретных газовых средах. Принципиальная схема газо-динамической установки (ГДУ), которая применялась для исследования газочувствительности ПОМ к нерастворимым в воде газам (СО, СН4, Н2, NO и др.) изображена на рис.3.1 Помимо указанной на рис.3.1 основной модификации, в работе использовались еще три специальные модификации ГДУ, которые применялись при исследовании газочувствительности ПОМ к растворимым в воде газам (NH3, H2S, C2H5OH и др.), при исследовании динамических характеристик ПОМ и исследовании динамических характеристик и чувствительности ПОМ к парам воды. Все отмеченные модификации имели одинаковую систему разбавления исходных газовых смесей, и отличались либо методикой увлажнения калибровочных газовых смесей, либо конструкцией измерительных камер, в которые устанавливались исследуемые образцы ПОМ.
Основой установки являлись электронные регуляторы расхода газа (РРГ), установленные на четырёх идентичных газовых линиях. На всех линиях установлены также идентичные cтабилизаторы давления газа - (СДГ), манометры (М) и электромагнитные запорные клапаны (ЭК). На линии 1 (Q1) установлен РРГ с пределом измерения 0.28 см3/сек, а на остальных газовых линиях (Q2, Q3 и Q4) - РРГ с пределом измерения 2.3 см3/сек. Назначение всех указанных элементов - обеспечение установки и стабилизации расходов газов в газовых линиях ГДУ на заданном уровне.
Рис.3.1 Принципиальная схема ГДУ для исследований с нерастворимыми в воде газами.
В процессе проведения исследований по линиям 1 и 2 подавалась газовая смесь воздуха с анализируемыми газами (возможно использование двух газов), а по линиям 3 и 4 всегда подавался метрологически аттестованный воздух марки (ПНГ). В качестве исходных газовых смесей использовались заводские поверочные газовые смеси (ПГС) воздуха с анализируемыми газами или газовые смеси воздуха с микроконцентрациями газов, приготовленные нами на лабораторной газосмесительной установке (ГСУ) в баллонах под давлением.
Калибровочная газовая смесь, формирование которой происходило в линии смешения газовых потоков q1, q2 и q3, и чистый воздух (q4) далее подводились к электромагнитному переключателю газовых потоков (ЭПГП) и поступали в заданной последовательности в измерительную камеру с образцами ПОМ.
Концентрация анализируемых газов в калибровочной газовой смеси определялась степенью разбавления исходных газовых смесей чистым воздухом и вычислялась по следующей формуле:
C = С0· (q1 + q2) / (q1 + q2 + q3) = C0· (q1 + q2) /Q, (3.1)
где q1, q2, q3, q4 - расходы газовых потоков в линиях 1, 2, 3 и 4, а Q = q1 + q2 + q3 - результирующий газовый поток, который всегда поддерживался на уровне 2.3 см3/сек., а С0 концентрация анализируемого газа в исходной газовой смеси. Такой же по величине расход воздуха q4 проходил по нулевой линии 4. Линия 2 реально применялась для получения калибровочных газовых смесей с коэффициентом разбавления К = Со/С в диапазоне 1 - 10, а линия 1 - с коэффициентом разбавления в диапазоне от 9 до 200.
Суммарная инструментальная погрешность концентрации анализируемого газа в калибровочной газовой смеси определялась по следующей формуле
дC/C = дC0/C0 + дqj/qj + (дqj + дq3) / (qj + q3), (3.2)
где дC0/C0 - погрешность концентрации газа в исходной газовой смеси, дqj/qj - погрешность расхода газа, проходящего через РРГ на линиях 1 или 2, (дqj + дq3) / qj + q3 - погрешность результирующего газового потока. В результате проведённой калибровки регуляторов РРГ с помощью специального прецизионного газового стенда удалось практически вдвое снизить погрешность концентрации газов в калибровочной газовой смеси по сравнению с паспортными данными на РРГ. Теперь погрешность концентрации газов С в калибровочной газовой смеси с учётом погрешности концентрации газа С0 в исходной газовой смеси (дС0/С0 ? 3%) и приготовленной нами на ГСУ (дС0/С0 = 6 - 7%) в указанных выше диапазонах коэффициента разбавления с использованием линии 2 не превышала 3 % и 7%, соответственно, а с использованием линии 1 не выходила из пределов от 3 - 7 % и 16%, соответственно.
Увлажнение калибровочной газовой смеси воздуха с анализируемым газом достигалось посредством пропускания части газового потока через ручной регулятор газовых потоков (РРГП) и оригинальный увлажнитель нашей конструкции. РРГП с тонкой регулировкой сечения своего газового канала позволял оперативно (за 5-7 мин) изменять влажность результирующего газового потока в измерительной камере с образцами ПОМ во всём возможном диапазоне значений от 0 до 100% RH. Влажность результирующего газового потока измерялась гигрометром "Волна - 5М", датчик которого был установлен в камере смешения. Погрешность величины влажности определялась точностью поддержания её значения в процессе измерений и обычно составляла в стационарном режиме ± 0.3 % RH.
3.2 Методика проведения исследований газочувствительности ПОМ и обработки экспериментальных данных.
Методика измерений сопротивления, вычисления газочувствительности сенсоров и обработки опытных данных иллюстрируется рис.3.2 Особенность применённой методики исследований и измерений параметров ПОМ заключалась в возможности создания в измерительной камере с образцами ПОМ одиночных или последовательности прямоугольных импульсов концентрации анализируемого газа С (t), амплитуда которых равна концентрации газа в калибровочной газовой смеси. Под воздействием этих импульсов формировались ответные сигналы образцов ПОМ в виде импульсов проводимости (t) или сопротивления Rg (t), которые регистрировались на экране монитора. Это позволяло получить чистый дифференциальный эффект от воздействия концентрации анализируемого газа на образцы и одновременно вычислить их чувствительность (отклик) S = R0/Rg, где R0 и Rg - сопротивление ПОМ на стабильном участке в чистом воздухе и в конце импульсов в газовой смеси, соответственно. Импульсы концентрации газа формировались с помощью быстродействующего электромагнитного переключателя газовых потоков (ЭПГП), в зависимости от положения золотника которого в измерительную камеру с образцами поступали чистый воздух или калибровочная газовая смесь. Это имитировало создание импульсов концентрации газа Cg (t). Исследования проводились в условиях термостабилизации образцов ПОМ, характеризующейся постоянcтвом сопротивления нагревателя RhТ и подводимой к нему электрической мощности Wh. Нагрев образцов ПОМ и измерение их проводимости обеспечивалось двумя специальными 8-канальными электронными приборами. В процессе измерений на газочувствительный слой ПОМ (R0 или Rg) подавалось постоянное напряжение 10 В. Технологический процесс формирования калибровочной газовой смеси заданного состава, подачи газовых смесей, переключения газовых потоков и измерения проводимости или сопротивления ПОМ и концентрации анализируемого газа был полностью автоматизирован и осуществлялся по программе, разработанной для PC IBM.
Рис.3.2 Иллюстрация методики измерения сопротивления R0 и Rg образцов ПОМ под воздействием импульсов концентрации анализируемого газа.
Исследования температурной зависимости чувствительности ПОМ к анализируемым газам проводились при изменении температуры нагрева ПОМ в диапазоне от 100 до 6000С с интервалом 500С. Длительности импульса концентрации газов и времени продувки камеры чистым воздухом были приняты равными 30 мин, а длительность самого процесса измерений составляла более 12 час. Исследования проводились в сухих газовых средах (0% RH) при одинаковой концентрации газов в воздухе равной 200 ppm. Результатом этих исследований были диаграммы импульсов сопротивления ПОМ R (t,T) и постоянной концентрации газа C (t).
Исследования концентрационной зависимости ПОМ проводились, как правило, для одной или двух температур нагрева с использованием одной или двух - трёх исходных газовых смесей при максимально возможном коэффициенте разбавления. Результатом этих исследований были диаграммы импульсов сопротивления ПОМ R (t, С) и переменных концентраций газа С (t). Каждое измерение R (t,C) проводилось при неизменной влажности газовой среды (чистого воздуха и калибровочной газовой смеси), которая последовательно устанавливалась равной 0, 10, 20, 40, 60, 80 и 100% RH.
Диаграммы R (t,T) и R (t, С,RH) служили основным материалом для определения чувствительности ПОМ S = R0/Rg (см. рис.3.2) и построения графиков S (T), Rg (C,RH) и S (C,RH), отражающих их газочувствительные и концентрационные характеристики.
Диаграммы R (t,C,RH) позволяли оценить дрейф сопротивления ПОМ в чистом воздухе R0, который определялся по формуле d = { [ (R02-R01) /R01] /Дt}·100% час-1, где R01 и R02 - сопротивления сенсора в чистом воздухе на стабильных участках в начале и конце диаграммы для каждого поддиапазона концентраций анализируемых газов, соответственно, Дt - отрезок времени между двумя указанными измерениями в часах (см. рис.3.2).
По диаграммам R (t,C), когда проводилось два и более измерения сопротивления при одинаковой концентрации анализируемого газа, как показано на рис.3.2 при С = 20 ppm, можно было оценить "первичную" воспроизводимость или повторяемость показаний. За параметр "воспроизводимость" “r" мы приняли относительное изменение величины сопротивления, т. е r = [ (Rg2 - Rg1) /Rg1] ·100%, где Rg1 и Rg2 первое и второе измеренное сопротивление ПОМ при одинаковой концентрации анализируемого газа, соответственно.
По графикам S (T) определялась оптимальная температура нагрева ПОМ, при которой в дальнейшем исследовались концентрационные зависимости. Графики зависимостей Rg (C,RH) и S (C,RH) давали наглядное представление о реакции ПОМ на анализируемые газы и влиянии влажности газовой среды на сопротивление и чувствительность ПОМ. На рис.3.3 и 3.4 в качестве иллюстрации методики проведения исследований и обработки экспериментальных данных показаны реальные графики Rg (C,RH) и S (C,RH), полученные для ПОМ на основе чистой SnO2, нагретой до 5000 С, в газовых смесях воздуха с водородом.
Рис.3.3 Сопротивление ПОМ на основе чистой SnO2 в зависимости от концентрации Н2 в воздухе и влажности газовой среды.
Рис.3.4 Чувствительность (отклик) ПОМ на основе чистой SnO2 в зависимости от концентрации Н2 в воздухе и влажности газовой среды.
Близость данных по сопротивлению и чувствительности ПОМ в диапазоне влажности газовой среды от 0 до 100% RH даёт основание произвести усреднение этих данных по влажности для каждого значения концентрации.
Такое усреднение было выполнено, и его результаты вместе со среднеквадратичными отклонениями среднеквадратичных параметров sdXma = ± [? (Xi - Xma) 2/ (m - 1)] Ѕ представлены графически на рис 3.5 и 3.6 Здесь Xi - сопротивление Ri или чувствительность Si-1 ПОМ в газовой среде при одном из значений влажности, Xma - среднеарифметическое значение сопротивления Rma или чувствительности Sma в конкретном диапазоне влажности (в данном случае 0-100% RH), m - число измерений или значений влажности для каждой из концентраций анализируемого газа.
Из графика на рис.3.5 видно, что данные по среднеарифметическим значениям сопротивления, по крайней мере, в интервале концентраций 10 - 19700 ppm газа (Н2), должны достаточно хорошо аппроксимироваться линейной зависимостью вида
lgRma = A + k·lg C, (3.3)
где А и k постоянные числа. Вычисленная линейная аппроксимация изображена на рис.3.5 пунктирной линией. На графике показаны также численные значения коэффициентов A и k. В данном случае линейная аппроксимация проводилась в координатах [lgRma - lgC]. Для остальных анализируемых газов и сенсорных структур наилучших результатов по линейной аппроксимации данных по сопротивлению удавалось достигнуть в других координатах [Rma - lgC], [Rma - C], [lgRma - C] и т.д.
Данные по среднеарифметическим значениям чувствительности, как это видно из графика на рис.3.6, также должны достаточно хорошо аппроксимироваться в интервале концентраций ДC = 1 - 19700 ppm линейной зависимостью вида полученной логарифмированием известной зависимости чувствительности от концентрации анализируемого газа. Здесь n - показатель степени.
lg (Sma-1) = B + n·lg C, (3.4)
Рис.3.5 Среднеарифметические значения сопротивления ПОМ на основе чистой SnO2 в диапазоне влажности 0 - 100% RH в зависимости от концентрации Н2 в воздухе.
Рис.3.6 Среднеарифметические значения чувствительности (отклика) ПОМ на основе чистой SnO2 в диапазоне влажности 0 - 100% RH в зависимости от концентрации Н2 в воздухе.
Вычисленная линейная аппроксимация показана на графике пунктирной линией. На графике показаны также численные значения коэффициентов B и n. Для большинства анализируемых газов и образцов ПОМ линейная аппроксимация проводилась в координатах [lg (Sma-1) - lgC], как в данном случае. Графики зависимости чувствительности от концентрации на рис.3.4 и 3.6 позволяют оценить порог чувствительности ПОМ к анализируемым газам для заданной минимальной чувствительности, которую мы принимали обычно равной Smin = 1.1 Порог чувствительности Cmin оценивался либо экстраполяцией или интерполяцией зависимостей S (C, RH) и Sma (C), либо расчётным путем по уравнению (3.4).
Рис.3.7 Среднеквадратичные отклонения среднеарифметических значений сопротивления исследованных ПОМ в диапазоне влажности 0 - 100% RH в зависимости от концентрации Н2 в воздухе.
Рис.3.8 Иллюстрация методики исследования быстродействия ПОМ и определения постоянной времени ф0.9 при нарастании и спаде концентрации газа.
На рис.3.7 представлены графики зависимости среднеквадратичных величин отклонения среднеарифметических значений сопротивления sdRma/Rma в относительном выражении от концентрации Н2. Из приведённого графика видно, что наименьшее отклонение sdRma/Rma имеют структуры на основе чистой SnO2 и структура SnO2 + 3% La2O3, работающие при 500 и 4500С, соответственно. Его величина не превышает 6 - 10 %. Параметр sdRma/Rma может служить достаточно объективным критерием воспроизводимости или повторяемости показаний образцов ПОМ.
3.3 Методика проведения исследований динамических параметров образцов ПОМ и обработки экспериментальных данных.
Методика измерений и обработки опытных данных иллюстрируется рис.3.8, на котором изображены импульс концентрации анализируемого газа С (t) и соответствующие импульсы проводимости образцов ПОМ у (t). График показывает также на три возможные типа конфигурации импульсов проводимости - слабо нарастающий у1 (t), быстро нарастающий с выходом на амплитудное значение сигнала у2 (t) и стремительно нарастающий с последующим спадом показаний, как принято говорить, с "носом", у3 (t). Постоянная времени ф0.9^ вычислялась в секундах по количеству точек с начала импульса проводимости образца ПОМ после подачи газовой смеси до значения сигнала, равного 90% максимальной величины импульса проводимости. Параметр ф0.9v вычислялся аналогичным образом с конца импульса проводимости образца ПОМ после подачи чистого воздуха до значения, равного 10 % показаний в чистом воздухе. Временной интервал дt между точками в программе “t-prg” ограничивал измерения параметров ф0.9^ и ф0.9v величиной 1 сек.
...Подобные документы
Кинетика химических реакций и массообмена пористых углеродных частиц с газами с учетом эндотермической реакции и стефановского течения. Влияние температуры и диаметра частицы на кинетику химических реакций и тепломассообмен углеродной частицы с газами.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 14.03.2008Методы получения наноразмерных объектов и контроля их характеристик. Изменение механических, электрических, магнитных, оптических и химических свойств металлов при переходе в наносостояние. Определение характеристик наноразмерных частиц в суспензиях.
реферат [1,2 M], добавлен 26.06.2010Энергетическое разрешение полупроводникового детектора. Механизмы взаимодействия альфа-частиц с веществом. Моделирование прохождения элементарных частиц через вещество с использованием методов Монте–Карло. Потери энергии на фотоядерные взаимодействия.
курсовая работа [502,5 K], добавлен 07.12.2015Электрофизические свойства полупроводников. Структура полупроводниковых кристаллов. Элементы зонной теории твердого тела. Микроструктурные исследования влияния электронного облучения на электрофизические характеристики полупроводниковых приборов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.09.2015Осаждение пленочных покрытий сложного химического состава (оксидов, нитридов, металлов). Проблема магнетронного осаждения. Исследование влияние нестабильности мощности и давления магнетронного разряда на процесс осаждения пленок, результаты экспериментов.
диссертация [1,1 M], добавлен 19.05.2013Физические основы и практические результаты использования проникающих излучений в технологии ядерного легирования полупроводниковых материалов. Их применение в производстве полупроводниковых приборов, мощных кремниевых диодов, тиристоров и транзисторов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 08.06.2015Физика полупроводников. Примесная проводимость. Устройство и принцип действия полупроводниковых приборов. Способы экспериментального определения основных характеристик полупроводниковых приборов. Выпрямление тока. Стабилизация тока.
реферат [703,1 K], добавлен 09.03.2007Механизм возникновения инверсной населенности. Особенности генерации в химических лазерах, способы получения исходных компонентов. Активная среда лазеров на центрах окраски, типы используемых кристаллов. Основные характеристики полупроводниковых лазеров.
презентация [65,5 K], добавлен 19.02.2014Растворение разнообразных веществ как одно из основных свойств воды на планете, его значение. Сущность физического процесса несмачивания и смачивания поверхностей. Отличительные черты поведения молекул воды на смачиваемых и несмачиваемых поверхностях.
презентация [569,6 K], добавлен 19.05.2014Атомная структура железа. Дефекты шлаковых и газовых раковин в отливках. Различие между твердым и жидким фазовыми состояниями. Промежуточные фазы, которые могут быть в металлических сплавах. Хрупкое и вязкое разрушение. Понятие изоморфных металлов.
контрольная работа [18,4 K], добавлен 01.10.2010Системы условных обозначений при использовании полупроводниковых приборов в электронных устройствах для унификации их обозначения и стандартизации параметров. Графические обозначения и стандарты. Биполярные транзисторы, принципы и правила их обозначения.
презентация [338,7 K], добавлен 09.11.2014Перспективы методов контроля оптической толщины покрытий различного функционального назначения. Контроль толщины оптических покрытий на основе тугоплавких оксидов формируемых методом электронно-лучевого синтеза. Расчёт интерференционных покрытий.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 18.03.2015Основные принципы действия электронных, ионных и полупроводниковых приборов. Движение свободных частиц. Четыре группы частиц, используемых в полупроводниковых приборах: электроны, ионы, нейтральные атомы, или молекулы, кванты электромагнитного излучения.
реферат [619,2 K], добавлен 28.11.2008Определение тока утечки, мощности потери, удельных диэлектрических потерь при включении образца на переменное напряжение. Классификация и основные свойства полупроводниковых материалов. Физический смысл и область использования магнитных материалов.
контрольная работа [93,7 K], добавлен 28.10.2014Достижения современной планарной технологии и значение в них физики поверхностей. Трехслойная система как базовая структура микроэлектроники. Влияние поверхности на работу полупроводниковых приборов: оптоэлектронные приборы, сверхпроводящие пленки.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 17.05.2009Методы и средства изучения свойств наноструктур. Экспериментальное исследование электрофизических параметров полупроводниковых материалов. Проведение оценочных расчетов теоретического предела минимального размера изображения, получаемого при литографии.
дипломная работа [810,6 K], добавлен 28.03.2016Полупроводниковое аппаратостроение на основе силовой электроники. Преимущества и недостатки силовых полупроводниковых аппаратов, требования к ним в эксплуатационных режимах. Современная силовая электроника. Разработки силовых полупроводниковых приборов.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 10.06.2014Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества. Главные особенности калориметрического метода. Методические рекомендации к выполнению лабораторной работы "Определение коэффициента теплопроводности металлов".
курсовая работа [79,4 K], добавлен 05.07.2012Исследование физических и химических свойств наноразмерных структур, разработка методов по изучению их синтеза. Критерии эффективного внедрения нанотехнологий в промышленность. Сущность и особенности использования метода электрической эрозии в жидкости.
реферат [22,7 K], добавлен 24.06.2010Краткий обзор основных направлений синтеза полупроводниковых нанопроводов и наностержней, общее описание основных подходов к синтезу такого рода наночастиц. Попытка анализа закономерностей протекания самоорганизации наночастиц и ее возможных причин.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 28.05.2013
