Полупроводниковые датчики состава газа на основе оксидов металлов характеризуются высокой чувствительностью и быстродействием при низком энергопотреблении. Особенности технологии изготовления данных преобразователей позволяют уменьшать их габаритные размеры, открывая широкие возможности для интеграции в мобильные устройства. При производстве полупроводниковых датчиков газа важным этапом является формирование металлооксидного чувствительного слоя, в частности процесс совмещения высокопористого металлооксидного слоя и интегральных структур. В работе представлены результаты исследования экспериментальных образцов преобразователей состава газа с пористым газочувствительным слоем. Газочувствительный слой сформирован методом струйной микропечати суспензии на основе SnO с последующим отжигом. Проведено сравнение чувствительности экспериментальных образцов преобразователей состава газа с газочувствительными слоями, сформированными из двух вариантов исходной суспензии: на основе чистого SnOи на основе SnO, легированного Cr и Nb. Получена зависимость изменения проводимости экспериментального образца интегрального преобразователя состава газа от концентрации H в воздушной среде. Установлено, что газочувствительный слой на основе SnO с добавками Cr и Nb имеет более высокую чувствительность к изменению концентрации детектируемого газа за счет более высокой удельной площади поверхности и меньшей агломерации частиц.
1. Review on smart gas sensing technology / S. Feng, F. Farha, Q. Li et al. // Sensors. 2019. Vol. 19 (17). 22 p. URL: http://doi.org/10.3390/s19173760 (дата обращения: 10.06.2020).
2. Поломошнов С.А., Николаева А.В. Разработка конструкции газочувствительного полупроводни-кового преобразователя состава газа с использованием средств моделирования // Материалы науч.-техн. конф. «Микроэлектроника и информатика – 2017»: сб. статей. М.: МИЭТ, 2017. С. 152–157.
3. Преобразователь датчика взрывоопасных газов на диэлектрической мембране / С.А. Поломош-нов, Ю.А. Чаплыгин, В.В. Амеличев и др. // Нано- и микросистемная техника. 2005. № 10. С. 39–42.
4. Fine G.F., Cavanagh L.M., Afonja F., Binions R. Metal oxide semi-conductor gas sensors in environ-mental monitoring // Sensors. 2010. Vol. 10 (6). P. 5469–5502. URL: https://doi.org/10.3390/s100605469 (дата обращения: 23.06.2020).
5. Tin oxide nanosensors for highly sensitive toxic gas detection and their 3D system integration /
С. Griessler, E. Brunet, T. Maier et al. // Microelectronic Engineering. 2011. Vol. 88 (8). P. 1779–1781.
URL: https://doi.org/10.1016/j.mee.2011.02.017 (дата обращения: 23.06.2020).
6. Organometallic synthesis of ZnO nanoparticles for gas sensing: towards selectivity through nanoparticles morphology / A. Ryzhikov, J. Jonca et al. // Journal of Nanoparticle Research. 2015. Vol. 17 (280). 10 p.
URL: https:// doi.org/10.1007/s11051-015-3086-2 (дата обращения: 05.07.2020).
7. Micromachined hotplate platform for the investigation of ink-jet printed, functionalized metal oxide na-noparticles / P. Walden, J. Kneer, S. Knobelspies et al. // Journal of Microelectromechanical Systems. 2015. Vol. 24 (5). P. 1384–1390. URL: https:// 10.1109/JMEMS.2015.2399696 (дата обращения: 05.07.2020).
8. Амеличев В.В., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Разработка и проектирование интегральных термоэлементов // Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем – 2006: сб. науч. тр. / под общ. ред. А.Л. Стемпковского. М.: ИППМ РАН, 2006. С. 416–420.
9. Амеличев В.В., Годовицын И.В, Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Оптимизация конструкции мембраны в теплодисперсионном датчике взрывоопасных газов // Изв. вузов. Электроника. 2005. № 3.
С. 50–57.
10. Peter C., Kneer J., Wollenstein J. Inkjet printing of titanium doped chromium oxide for gas sensing application // Sensor Letters. 2011. Vol. 9(2). P. 807–811. URL: https://doi.org/10.1166/sl.2011.1619 (дата обращения: 03.07.2020).
11. Khan S., Briand D. All-printed low-power metal oxide gas sensors on polymeric substrates // Flexible and Printed Electronics. 2019. Vol. 4 (1). URL: https://doi.org/10.1088/2058-8585/aaf848 (дата обращения: 05.07.2020).
12. Кривецкий В.В., Румянцева М.Н., Гаськов А.М. Химическая модификация нанокристалличе-ского диоксида олова для селективных газовых сенсоров // Успехи химии. 2013. Т. 82 (10). С. 917–941.
13. Liu H., Zhang L., Li K. H. H., Tan O. K. Microhotplates for metal oxide semiconductor gas sensor ap-plications - towards the CMOS-MEMS monolithic approach // Micromachines. 2018. Vol. 9 (11). 24 p.
URL: https://doi.org/10.3390/mi9110557 (дата обращения: 10.07.2020).
14. Abdeslam A.A., Fouad K., Khalifa A. Design and optimization of platinium heaters for gas sensor ap-plications // Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 2020. Vol. 15(1). P. 133–141.
15. Electrohydrodynamic inkjet printing of Pd loaded SnO2 nanofibers on a CMOS micro hotplate for low power H2 detection / H. Wu, J. Yu, R. Cao et al. // AIP Advances. 2018. Vol. 8 (5). 7 p.
URL: https://doi.org/10.1063/1.5029283 (дата обращения: 10.07.2020).
16. Kang J.G., Park J.S., Lee H.J. Pt-doped SnO2 thin film based micro gas sensors with high selectivity to toluene and HCHO // Sensors. Actuators B Chemical. 2017. Vol. 248. P. 1011–1016.
URL: https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.03.010 (дата обращения: 15.07.2020).
17. Kim I., Seo K.W., Kim I. Ultra-thin filmed SnO2 gas sensor with a lowpower micromachined hotplate for selective dual gas detection of carbon monoxide and methane // Proc. of the 2017 Eleventh International Conference on Sensing Technology (ICST). Sydney, Australia, 2017. 5 p.
18. Mask-less deposition of Au-SnO2 nanocomposites on CMOS MEMS platform for ethanol detection /
S. Santra, A.K. Sinha, A. De Luca et al. // Nanotechnology. 2016. Vol. 27(12). 9 p. URL: https://doi: 10.1088/0957-4484/27/12/125502 (дата обращения: 20.07.2020).
19. Micro-machined gas sensor array based on metal film micro-heater / Y. Mo, Y. Okawa, M. Tajima et al. // Sensors Actuators B Chemical. 2001. Vol. 79. P. 175–181. URL: https:// doi.org/10.1016/S0925-4005(01)00871-1 (дата обращения: 20.07.2020).