Дипломный проект - Электрофизические и хемочувствительные свойства матрично-пленочных структур на основе оксидов Al, Ta, Sn, W

Содержание
Введение
1 Аналитический обзор литературных источников
1.1 Характеристика физико-химических свойств матричных структур на основе анодного оксида алюминия и тантала
1.2 Особенности электротранспортных свойств смешанных нестехиомет-риче-ских оксидов
1.2.1 Механизмы электропереноса в твердых телах
1.2.2 Зонная теория проводимости
1.2.3 Прыжковый механизм
1.3 Проводимость и хемочувствительность нестехиометрических оксидов олова и вольфрама
1.4 Современные матрично-пленочные структуры на основе заполненных пористых структур оксидов и халькогенидов
1.5 Материалы и процессы протекающие в химических газовых сенсо-рах
1.5.1 Требования к хемочувствительным материалам
1.5.2 Актуальные материалы газовых сенсоров
1.5.3 Физические процессы на поверхности полупроводника при ад-сорб-ции и десорбции газов
1.6 Обоснование целей и содержания научных исследований
2 Методика исследований
2.1 Методы и условия формирования матрично-пленочных структур на основе оксидов Al,W,Sn,Ta
2.2 Электронная микроскопия
2.3 Измерение поверхностного электросопротивления матрично-пленочных струк-тур
2.4 Исследование газочувствительных свойств функциональных слоев… 3 Экспериментальный раздел
3.1 Особенности электротранспортных свойств полученных структур
3.2 Статическая обработка с полученных зависимостей и величин
3.3 Хемочувствительные свойства матрично-пленочных структур Si/Al2O3/Ta2O5/SnxWyOz
3.4 Основные выводы по результатам исследований
4 Инженерные решения
5 Технологический раздел
5. Описание принципиальной технологической схемы формирования хемочувствительных структур Si/Al2O3/Ta2O5/SnxWyOz
5.2 Физико-химические основы процессов ионного наслаивания пленки SnxWyOz
5.3 Инженерно-технологические расчеты процесса наслаивания пленок SnxWyOz
5.3.1 Расчет единичной загрузки ванн ионного наслаивания
5.3.2 Расчет продолжительности единичного цикла обработки подложек в линии ионного наслаивания…
5.3.3 Расчет материального баланса ванны катионной обработки
5.3.4 Расчет материального баланса процесса наслаивания поливоль-фрамат ионов
5.4 Расчет коэффициента загрузки ванны наслаивания
5.5 Расчет норм расхода основных компонентов для наслаивания пленок SnxWyOz
6 Мероприятия по охране труда и безопасности жизнедеятельности
6.1 Мероприятия по охране труда
6.1.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов, пожаро- и взрывоопасности при получении тонких оксидных пленок в лабораторных условиях
6.1.2. Инженерные мероприятия по обеспечению безопасности техноло-гического процесса получения тонких оксидных пленок на планарных и профи-лированных подложках
6.1.3 Инженерные решения по обеспечению санитарно-гигиенических условий труда
6.1.4 Технические решения, обеспечивающие взрыво и пожаробезопасность производства
6.2 Мероприятия по безопасности жизнедеятельности
6.2.1 Анализ потенциально опасных источников возникновения ЧС
6.2.2 Мероприятия, направленные на предотвращение потерь персонала от возникновения чрезвычайной ситуации
7 Мероприятия по охране окружающей среды
7.1 Охрана атмосферы…
7.2 Охрана гидросферы
7.3 Охрана геосферы
8 Экономический раздел
8.1 Расчет затрат на проведение НИР
8.2 Расчет себестоимости, стоимости и экономической эффективности НИР
Перечень графического материала
Заключение…
Список использованной литературы

Перечень графического материала
1) технологическую схему производства матрично-пленочных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si – 1 лист формата A1;
2) плакат обозначений и условий получения матрично-пленочных структур на основе WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si – 1 лист формата А1;
3) плакат электронно-микроскопических изображений матрично-пленочных образцов на основе оксидов Al, Ta, Sn, W – 1 лист формата А1;
4) плакат параметры электропереноса матрично-пленочных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si – 1 лист формата А1;
5) плакат температурных зависимостей электросопротивления матрично-пленочных структур на основе оксидов Al, Ta, Sn, W – 1 лист формата А1;
6) плакат хемочувствительных свойств матрично-пленочных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si 30 МС в присутствии паров ацетона – 4 листа формата А1;
7) плакат хемочувствительных свойств матрично-пленочных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si 30 МС в присутствии паров этанола – 4 листа формата А1;
8) плакат хемочувствительных свойств матрично-пленочных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si 30 МС в присутствии паров уксусной кислоты – 4 листа формата А1;
9) плакат хемочувствительных свойств матрично-пленочных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si 30 МС в присутствии паров, аммиака – 4 листа формата А1;
10) плакат сравнительной характеристики хемочувствительных свойств матрично-пленочных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si 1 лист формата А1;
11) таблицу основных технико-экономических показателей – 1 лист формата А1.

В дипломной работе представлены сведения о современных и актуальных способах формирования матрично-пленочных структур, а так же о актуальных химических сенсорах, используемых для детектирования активных газов.
Экспериментальная часть содержит: результаты измерения электрофизи-ческих и хемочувствительных свойств матрично-пленочных гетерогенных структур WxSnyOz/Ta2O5/Al2O3/Si и WxSnyOz/Al2O3/Si. Результаты исследования электронно-транспортных свойств полученных структур, а так же газочувстви-тельные характеристики при напуске паров ацетона, этанола, уксусной кисло-ты, аммиака.
Разработана принципиальная технологическая схема формирования матрично-пленочных структур с функциональным слоем WxSnyOz.
Работа содержит расчёт материального баланса процесса ионного насла-ивания на программу выпуска 50000 матрично-пленочных структур.
Разработаны мероприятия по охране труда и безопасности жизнедеятельности, а также по охране окружающей среды. Проведена экономическая оценка работы, подтвердившая экономическую целесообразность проведенных исследований.

Заключение
В ходе проведенных исследований в лаборатории БГТУ были получены пленки смешанного оксида SnxWyOz на профилированных подложках Si/Al2O3 и Si/Al2O3/Ta2O5.
В ходе исследований электронно-транспортных свойств полученных матрично-пленочных структур нами было установлено, что матрично-пленочные образцы, в основе которых используется гетерогенная матрица Si/Al2O3/Ta2O5, обладают высоким значением электросопротивления на уровне 20 МОм. В то время как матрично-пленочные структуры, полученные на подложках Si/Al2O3/Ta2O5, характеризовались уменьшением электросопротивления с увеличением толщины функционального слоя смешанного оксида SnxWyOz по близкой к линейной зависимости. Так, структура Si/Al2O3/Ta2O5/SnxWyOz 30 МС характеризовалась наименьшим электросопротивлением, на уровне 10 кОм. Наиболее стабильные и воспроизводимые электрофизические характеристики соответствовали образцам с толщиной функционального слоя равного 30 МС.
Из аппроксимации температурных зависимостей электросопротивления было установлено, что в матрично-пленочных структурах, сформированных на подложках Si/Al2O3/Ta2O5 реализуется прыжковый механизм проводимости.
Было предложено использовать структуру Si/Al2O3/Ta2O5/SnxWyOz 30 МС в качестве материала сенсорной техники, для детектирования различных химических соединений, в частности паров ацетона, этанола и уксусной кислоты, находящихся в воздушной среде при температуре 100 ℃.
Наилучший результат по измерениям хемочувствительных свойств был отмечен для образца Si/Al2O3/Ta2O5/SnxWyOz 30 МС, при напуске паров ацетона . При оценочной концентрации 0,01 моль/л было отмечено семикратное увеличение электросопротивления образца, при этом время отклика составило 4 минуты, а время последующей термической десорбции - 6 минут. При увеличении оценочной концентрации паров ацетона до 0,07 моль/л было зафиксировано десяти кратное увеличение электросопротивления, однако время отклика увеличилось до 7 минут, а время термической регенерации до 8 минут.
Разработана технологическая схема получения матрично-пленочных структур Si/Al2O3/Ta2O5/SnxWyOz 30 МС методом ионного наслаивания. Продолжительности единичного цикла обработки составила 3,5 часа. Нормы расходов основных компонентов составили SnCl2∙2Н2О – 0,27 г/пл, Na2WO4 – 0,18 г/пл, Н2О – 988 г/пл.
Разработаны мероприятия по охране труда, безопасности жизнедеятельности и охране окружающей среды.
Стоимость услуги по предоставлению результата НИР составит 2393,295 руб. Экономический эффект составит 483,494 руб.