Μελέτη Λεπτών Υμενίων Οξειδίων Μετάλλων Και Εφαρμογή Οξειδίων Χαλκού Ως Στοιχεία Αίσθησης Αερίων

Abstract

Περίληψη: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη τηςεπίδρασης των παραμέτρων εναπόθεσης με τη μέθοδο της ΠαλμικήςΕναπόθεσης με Laser (PLD) στις ηλεκτρικές και μορφολογικές ιδιότητεςλεπτών υμενίων οξειδίων μετάλλων, καθώς και η μελέτη τωνπαραμέτρων αίσθησης σε περιβάλλον αναγωγικών αερίων.Στην αγορά αλλά και στην έρευνα έχουν μελετηθεί αρκετά τα οξείδιαμετάλλων αγωγιμότητας n-τύπου και τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρονστρέφεται έντονα προς τα οξείδια p-τύπου. Για τον λόγο αυτό,προσπαθήσαμε εδώ να μελετήσουμε τα οξείδια του Νικελίου (NiO), καιτου Χαλκού (CuxO), τα οποία εμφανίζουν ενδογενή αγωγιμότητα p-τύπου, και το οξείδιο του Ψευδαργύρου (ZnO) του οποίου η αγωγιμότηταπροσπαθείται τελευταίως να γίνει επίσης p-τύπου.Αρχικά, γίνεται αναφορά στις ιδιότητες και τις χρήσεις των λεπτώνυμενίων οξειδίων των μετάλλων και στις μεθόδους ανάπτυξής τους.Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη μέθοδο PLD και στις μεθόδουςχαρακτηρισμού των υμενίων. Γίνεται, επίσης, αναφορά στις ιδιότητεςτων οξειδίων που επιλέχθηκαν και μελετήθηκαν.Στη συνέχεια γίνεται γενική αναφορά στους αισθητήρες αερίων,εστιάζοντας στους αισθητήρες τύπου αντίστασης από ημιαγώγιμα οξείδιαμετάλλων και μελετάται η λειτουργία και οι παράμετροί τους.Στο πειραματικό μέρος παρουσιάζεται ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός τωνυμενίων με χρήση της μεθόδου των 4 επαφών (Van der Pauw) και ομορφολογικός χαρακτηρισμός τους με τη βοήθεια της μικροσκοπίαςατομικής δύναμης (AFM). Ακολουθεί η μελέτη της δυναμικής απόκρισηςτων οξειδίων του Χαλκού σε περιβάλλον τριών διαφορετικώναναγωγικών αερίων (CH4, CO, H2). Η επιλογή των οξειδίων του Χαλκούως πιθανούς αισθητήρες αερίων έγινε γιατί: α) εμφανίζουν p-τύπουενδογενή αγωγιμότητα (και, όπως αναφέραμε, προς εκεί στρέφεται τώραπια το ερευνητικό ενδιαφέρον) και β) από τις ελάχιστες βιβλιογραφικέςαναφορές που έχουμε, πιστεύεται ότι αποκρίνονται καλά στην παρουσίααναγωγικών αερίων. Τέλος, παρατίθενται τα αποτελέσματα τηςπειραματικής διαδικασίας.Abstract: The present work deals with the study of the effects of the PLDparameters in the electric and morphological properties of metal oxidethin films, and their sensing properties.Initially, the basic properties and uses of the metal oxides with emphasisto the electrical properties of thin films are given. It follows thedescription of the common techniques for depositing thin films. The PLDsetup and the parameters that effect the growth of thin films are describedin detail.The next section of this diploma thesis is about the use of gas sensors.The basic parameters of a sensor are also referred. The operationprinciple of gas sensors based on metal oxides is described.Next is the experimental section, where one can find details describingthe growth of thin films and the procedure of electrical and morphologicalcharacterization and dynamic response test that is followed in the lab.Finally, dynamic resistivity response measurements in presence ofhydrogen, carbon monoxide, or methane current in ambient air, show thatsensors based on the CuxO thin-films examined can be straightforwardlyimplemented.