Thin-Film Oxide Materials for Ozone Detection in Thermal Modulation Mode

S. V. Ryabtsev; Рябцев С. В.; N. Yu. Obvintseva; Обвинцева Н. Ю.; D. A. Ghareeb; Гхариб Д. А. А.; A. A. K. Al-Habeeb; Аль-Хабиб А. А. К.; A. V.  Shaposhnik; Шапошник А. В.; S. Yu. Turishchev; Турищев С. Ю.; E. P. Domashevskaya; Домашевская Э. П.

doi:10.31857/S0002337X23050159

Тонкопленочные оксидные материалы для детектирования озона в режиме термомодуляции

Авторы: Рябцев С.В.¹, Обвинцева Н.Ю.², Гхариб Д.А.¹, Аль-Хабиб А.А.¹, Шапошник А.В.³, Турищев С.Ю.¹, Домашевская Э.П.¹
Учреждения:
1. Воронежский государственный университет
2. Университет науки и технологий МИСИС
3. Воронежский государственный аграрный университет
Выпуск: Том 59, № 5 (2023)
Страницы: 508-514
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140156
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23050159
EDN: https://elibrary.ru/KCEMVI
ID: 140156

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В работе представлены данные по детектированию озона. Целью работы является поиск материалов, обладающих селективностью анализа озона в воздухе, с помощью исследования формы резистивного отклика некоторых тонкопленочных полупроводниковых оксидных сенсоров, работающих в режиме термомодуляции. Для этого тонкие металлические слои Pd, Cd, Zn, W напылялись на тестовые поликоровые (Al₂O₃) структуры с Pt-электродами для измерения электрического сопротивления. Затем металлические слои окислялись при температуре 550°С в атмосфере воздуха. Толщина полученных оксидных пленок PdO, CdO, ZnO, WO₃ составляла ~30 нм. Резистивный отклик тонкопленочных оксидных материалов PdO, CdO, ZnO, WO₃ исследовался в озоно-воздушной среде в режиме термомодуляции. Температура сенсоров менялась по синусоидальному закону в диапазоне 50–300°С. Концентрация озона в воздухе варьировалась от 25 до 250 ppb. Использование режима термомодуляции позволило выявить различия в форме откликов исследованных сенсоров в средах с различным содержанием озона. Форма резистивных откликов сенсора PdO существенно отличается от других сенсоров. Такое характерное отличие для этого материала дает возможность повысить селективность детектирования озона с участием оксидного сенсора PdO.

Ключевые слова

тонкопленочные оксиды для газовых сенсоров, озон, резистивный отклик, режим термомодуляции, оксид палладия, селективный анализ газов

Список литературы

Korotcenkov G., Brinzari V., Cho B.K. In2O3- and SnO2-Based Ozone Sensors: Design and Characterization // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2017. V. 43. № 2. P. 83. https://doi.org/10.1080/10408436.2017.1287661
Korotcenkov G., Brinzari V., Cho B.K. In2O3 and SnO2-Based Ozone Sensors: Fundamentals // J. Sens. 2016. P. 816094. P. 31. https://doi.org/10.1155/2016/3816094
Obvintseva L.A., Sharova T.B., Avetisov A.K., Sukhareva I.P. Semiconductor Sensors for Studying the Heterogeneous Destruction of Ozone at Low Concentrations // Russ. J. Phys. Chem. A. 2018. V. 92. № 6. P. 1099–1106. https://doi.org/10.1134/S0036024418060122
Ryabtsev S.V., Ievlev V.M., Samoylov A.M., Kuschev S.B., Soldatenko S.A. Microstructure and Electrical Properties of Palladium Oxide Thin Films for Oxidizing Gases Detection // Thin Solid Films. 2017. V. 636. P. 751. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.04.009
Ryabtsev S.V., Shaposhnik A.V., Samoylov A.M., Sinelnikov A.A., Soldatenko S.A., Kuschev S.B., Ievlev V.M. Thin Films of Palladium Oxide for Gas Sensors // Dokl. Phys. Chem. 2016. V. 470. № 2. P. 158–161. https://doi.org/10.1134/S0012501616100055
Ievlev V.M., Ryabtsev S.V., Samoylov A.M., Shaposhnik A.V., Kuschev S.B., Sinelnikov A.A. Thin and Ultrathin Films of Palladium Oxide for Oxidizing Gases Detection // Sens. Actuators, B. 2018. V. 255. № 2. P. 1335. https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.121
Ryabtsev S.V., Ghareeb D.A.A., Sinelnikov A.A., Turishchev S.Yu., Obvintseva L.A., Shaposhnik A.V. Ozone Detection by Means of Semiconductor Gas Sensors Based on Palladium(II) Oxide // Matter Interph. 2021. V. 23. № 1. P. 56–61. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3303
Рябцев С.В., Гхариб Д.А.А., Турищев С.Ю., Обвинцева Л.А., Шапошник А.В., Домашевская Э.П. Структурные и газочувствительные характеристики тонких полупроводниковых пленок PdO различной толщины при детектировании озона // ФТП. 2021. Т. 55. № 11. С. 1034–1039. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.11.51557.9684
Nakata S. Chemical Analysis Based on Nonlinearity. N. Y.: Nova Science Pub Inc., 2003. ISBN-13: 978-1590337370
Nakata S., Takahara N. Distinction of Gaseous Mixtures Based on Different Cyclic Temperature Modulations // Sens. Actuators, B. 2022. V. 359. P. 131615–13621. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131615
Nakata S., Hashimoto T., Okunishi H. Evaluation of the Responses of a Semiconductor Gas Sensor to Gaseous Mixtures under the Application of Temperature Modulation // Analyst. 2003. V. 127. P. 1642. https://doi.org/10.1039/B208295K
Nakata S., Kashima K. Distinction between Alcohols and Hydrocarbons with a Semiconductor Gas Sensor Depending on the Range and Frequency of a Cyclic Temperature // Anal. Methods. 2012. V. 4. P. 1126. https://doi.org/10.1039/c2ay05759j
Рябцев С.В., Обвинцева Л.А., Гхариб Д.А.А., Аль-Хабиб А.А.К., Шапошник А.В., Домашевская Э.П. Cелективный анализ озона полупроводниковыми сенсорами PdO в режиме термомодуляции // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21. № 6. С. 888–893. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3835