Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ АНАЛИЗ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ТИПА (АIIIВV)Х(АIIВVI)1-Х.

Кировская И.А., Шубенкова Е.Г., Новгородцева Л.В., Лещинский С.С., Тимошенко О.Т., Филатова Т.Н.

Методы оперативной диагностики и контроля, базирующиеся на системе полупроводниковых сенсоров-датчиков, предусматривают получение новых материалов, изучение их адсорбционно-зарядовой чувствительности к детектируемым частицам, кинетических особенностей формирования соответствующих сенсорных откликов.

По сравнению с достаточно хорошо изученными оксидами, особого внимания заслуживают пленки и пленочные структуры на основе соединений АIIIВV, АIIВVI, представители которых уже зарекомендовали себя в качестве чувствительных элементов газовых сенсоров. В работе анализируются результаты получения и исследования в указанном плане новых полупроводниковых систем InSb-ZnTe, GaSb-ZnTe, GaSb-CdTe, InSb-CdS,InP-CdS при одновременном расширении арсенала тестовых адсорбатов. В качестве таковых были взяты кислород, оксид и диоксид углерода, диоксид азота, аммиак и др., молекулы которых отличаются значениями донорных и акцепторных чисел, дипольного момента и общей поляризуемостью.

Тонкие пленки получали термическим напылением в вакууме, адсорбционные измерения осуществляли методом пъезокварцевого микровзвешивания [1] в интервалах температур 253 – 393 К и давлений 1 – 11 Па.

Величины адсорбции изученных газов составляют 10-3 – 10-5 моль/м2. На основе кривых температурной зависимости адсорбции αр = f (Т), термодинамических и кинетических характеристик установлены области обратимой химической адсорбции, т.е. области воспроизводимой работы адсорбентов как первичных преобразователей сенсоров-датчиков. С помощью построенных диаграмм состояния «величина адсорбции - состав» удалось выявить адсорбенты, наиболее избирательно чувствительные по отношению к определенному газу. Так, по отношению к аммиаку ими оказались твердые растворы (InSb)0,95 (ZnTe)0,05 и (GaSb)0,95 (ZnTe)0,05, к диоксиду углерода – InP, к диоксиду азота – InSb, к кислороду – CdS. Проведена также работа по обеспечению одновременного контроля формы импульса адсорбата и сигнала сенсора-датчика (рис. 1).

С точки зрения оперативности в поиске новых материалов – первичных преобразователей сенсоров-датчиков – интерес представляют результаты исследований кислотно-основных свойств поверхности рассматриваемых объектов – компонентов полупроводниковых систем InSb-ZnTe, GaSb-ZnTe, GaSb-CdTe, InSb-CdS, InP-CdS, предшествовавших прямым адсорбционным исследованиям.

 

Рисунок 1. Сенсорный отклик тонкой пленки CdTe – GaSb (а) и катарометра хроматографа (б) на импульс давления паров адсорбата: 

1 – этанол; 2 – ацетон; 3 - аммиак.

Приведенные в табл. 1 сравнительные кислотно-основные и адсорбционные характеристики позволяют сделать вывод: уже на этапе определения кислотно-основных характеристик поверхности можно оценить ее адсорбционную активность по отношению к газам определенной природы. Этот способ определения активности поверхности является быстрым и наименее трудоемким.

Таблица 1. Кислотно-основные и адсорбционные характеристики поверхности компонентов системы InSb-ZnTe (Т = 363 К, р = 5,3 Па).

 

InSb

(InSb)0,95(ZnTe)0,05

(InSb)0,90(ZnTe)0,10

ZnTe

СО

NH3

СО

NH3

СО

NH3

СО

NH3

рН-изоэлектрич. состояния(рНиз)

6,46

6,15

6,81

7,69

∆ рНиз

0,23

-

0,36

-

0,29

-

0,25

-

Температ. начала адсорбции (ТН)

343

363

323

323

343

343

363

343

Велич. адсорбции

α∙103,моль/м2

0,44

0,67

0,63

1,11

0,53

0,93

0,45

0,89

Теплота адсорбции

qа, кДж/моль

17,9

10,7

40,5

45,6

29,0

28,4

22,1

26,8

Энергия актива-ции адсорбции,

Еа, кДж/моль

72,3

92,0

55,5

61,0

58,7

68,7

64,1

81,6

 

На основе полученных в работе экспериментальных данных, а также совокупного рассмотрения результатов аналогичных исследований систем InSb-ZnSe, InSb-ZnTe, GaSb-ZnTe методами определения рН – изоэлектрического состояния, механохимии, кондуктометрического титрования, ИК – спектроскопии [2, 3] установлено, что, кроме кислотно-основных свойств поверхности, для более точного прогнозирования адсорбционных свойств по отношению к данным газам, следует учитывать и объемные свойства исходных бинарных компонентов. Такими свойствами являются ширина запрещенной зоны, электронно-акцепторные свойства атома металла (q/rкат), электроотрицательность атомов, структура и степень ионности связи исходных соединений.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кировская, И.А. Адсорбционные процессы. – Иркутск: Изд-во ИГУ, 1995. – 304 с.

2. Кировская, И.А. Поверхностные свойства алмазоподобных полупроводников. Адсорбция газов. – Иркутск: ИГУ, 1984. – 186 с. – ISBN – 5 – 7430 – 0438 – 2.

3. Кировская, И.А. Катализ. Полупроводниковые катализаторы: Монография. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004. – 272 с.


Библиографическая ссылка

Кировская И.А., Шубенкова Е.Г., Новгородцева Л.В., Лещинский С.С., Тимошенко О.Т., Филатова Т.Н. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ АНАЛИЗ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ТИПА (АIIIВV)Х(АIIВVI)1-Х. // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=203 (дата обращения: 13.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074