Сычикова Я.А.

Бердянский государственый педагогический университет

Пористый кремний – перспективный материал для газовых сенсоров

Угарный газ образуется при сжигании углеводородного топлива автомобильным транспортом и промышленными предприятиями, при сжигании газа на кухне бытовых помещений и т.п. Угарный газ вреден для здоровья человека, так как приводит к снижению содержания гемоглобина в крови человека и вследствие этого к снижению защитных функций организма человека, а при повышенных концентрациях к отравлению [1]. Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. По классификации ООН оксид углерода(II) относится к классу опасности 2,3, вторичная опасность по классификации ООН: 2,1.

Сенсоры на основе диоксида олова имеют недостаточную разрешающую способность 4 – 10 ppm (против необходимого разрешения 1ppm). Сенсоры на основе растворов электролитов обладают достаточной разрешающей способностью, однако обладают низкой селективностью к водороду. К тому же они характеризуются большими габаритами и высокой стоимостью.

Таким образом, перед учеными стоит задача поиска новых материалов для изготовления на их основе сенсоров, чувствительных к монооксиду углерода. В последнее время интерес привлекают пористые полупроводники, полученные методом электрохимического травления. Преимуществами данного метода и предложенных материалов можно назвать: относительная невысокая стоимость материала, простота способа получения, возможность регулирования размерами пор. Кроме того, данные материалы нетоксичны, имеют хорошую прочность и большой срок службы. Пористые полупроводники химически инертны ко многим веществам.

Однако самым большим преимуществом пористых материалов можно назвать огромную удельную площадь поверхности.

Основным материалом для получения пористых полупроводников являются: Si, Ge, GaAs, InP, GaP. Пристальное внимание исследователей и разработчиков в области сенсорики приковано к пористому кремнию (por-Si) поскольку он хорошо сочетается с современными технологиями микро– и наноэлектроники.

Пористый кремний получают методом электрохимического травления в водном растворе плавиковой кислоты. Перед экспериментом образцы очищают в ацетоне, изопропаноле и метаноле, после чего промывают в дистиллированной воде. Катодом служит платина. После очищения образцы помещаются в электролитическую ванну. В качестве электролита нами был выбран раствор плавиковой кислоты, воды и этанола в отношении 1:1:2. Этиловый спирт является органическим разбавителем раствора плавиковой кислоты, но вместе с этим улучшает проницаемость HF в поры Si. Плотность тока 100 мА/см2, время травления 5-15 минут. Эксперимент проводился при комнатной температуре в темноте. После травления поверхность образцов очищалась этиловым спиртом и дистиллированной водой. Морфология полученных пористых структур исследовалась с помощью растрового электронного микроскопа JSM-6490.

Как известно, рост пор происходит по льготным направлениям, которыми являются дефекты поверхности кристалла. Рис.1 демонстрирует морфологию пористой поверхности пористого кремния.

Рис. 1. Пористый кремний, полученный методом электрохимического травления в растворе плавиковой кислоты

Морфология полученной наноструктуры демонстрирует густую сетку пор. Размер пор составляет от 10 до 100 нм. Изменяя условия траления можно получать структуры с различным диаметром пор и степенью пористости.

Такие структуры могут служить материалом для изготовления различных газовых сенсоров и станут решением проблем техногенной безопасности, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вершинин Н.Н., Алейников Н.Н., Ефимов О.Н., Гусев А.Л.//Газовые сенсоры СО на основе наноматериалов и твердых электролитов. Альтернативная энергетика и экология. 2007., №8, С.10-16.

2. Вершинин Н. Н., Алейников Н.Н.// Электродные потенциалы в системе твердый фторпроводящий электролит - оксифторид никеля - платина – монооксид углерода. Электрохимия.1995., №6,С. 621-627.

3. Сычикова Я.А. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Кирилаш А.И., Коноваленко А.А.Влияние условий травления на формирование регулярной пористой структуры полупроводников А3В5 // Электроника и связь: тематический выпуск «Электроника и нанотехнологии». – 2011. – С. 42 – 46.