Введение
1.1. Газовые сенсоры на основе диоксида олова 6
1.1.1. Свойства диоксида олова 6
1.1.2. Свойства поверхности диоксида олова 10
1.1.3. Свойства поликристаллического диоксида олова 12
1.1.4. Механизмы взаимодействия молекул газовой фазы с поверхностью 15 оксидов
1.1.5. Газовые сенсоры на основе SnOj 16
1.1.6. Проблема селективности газовых сенсоров 20
1.1.7. Детектирование газов-восстановителей 20
1.1.8. Мультисенсорные системы - «электронный нос» 22
1.1.9. Оптимизация температуры детектирования и температурного режима 22
сенсора
1.1.10. Измерение проводимости газовых сенсоров на переменном токе 26
1.1.11. Модификация поверхности чувствительного элемента 26 функциональными группами
1.1.12. Легирование полупроводниковых оксидов 27
1.1.13. Фильтры для газовых сенсоров 30
1.1.13.1. Пассивные фильтрующие мембраны 33
1.1.13.2. Активные фильтрующие мембраны 36
1.1.13.3. Фильтрующие мембраны на основе каталитических металлов 36
1.1.13.4. Мембраны на основе каталитических оксидов 38
1.1.13.5. Мембраны на основе каталитических металлов в керамической 39 матрице
1.1.14. Оксид алюминия и мембраны для разделения газовых смесей на его 41
основе
1.1.14.1. Свойства оксида алюминия 41
1.1.14.2. Мембраны на основе оксида алюминия 44
1.2. Газовые сенсоры на основе МДП-структур 44
1.2.1. Структуры Метал-Диэлектрик-Полупроводник 44
1.2.2. Газовые сенсоры на основе МДП-структур 51
1.3. Биочипы для определения ДНК 53
1.3.1. ДНК. Основные принципы 53
1.3.2. Биочипы для определения ДНК 56
1.3.2.1. Оптическое детектирование гибридизации ДНК 58
1.3.2.2. Электрическое детектирование гибридизации ДНК 60
1.4. Выводы 62
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 63
2.1. Синтез тонких пленок для газовых сенсоров и биочипов 63
2.1.1, Синтез тонких пленок методом пиролиза аэрозоля 63
2.1.2, Синтез тонких пленок Sn02 для газовых сенсоров методом 72 магнетронного распыления
2.1.3, Поверхностное легирование тонких пленок S11O2 платиной методом лазерной абляции
2.2. Методики изучения состава и микроструктуры полученных материалов 75
2.3. Методика изучения электрофизических и сенсорных свойств пленок и 77 структур
2.3.1. Методика изучения электрофизических и сенсорных свойств 77
чувствительных элементов резистивного типа
2.4. Методика изучения электрофизических и сенсорных свойств МДП-структур 80
2.5. Модификация поверхности оксидных пленок для детектирования ДНК 82
2.6. Детектирование гибридизации ДНК 86
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 88
3.1. Характеризация образцов 88
3.1.1. Характеризация образцов методом рентгеновской дифракции 88
3.1.2. Определение толщины и показателя преломления пленок методом 89 эллипсометрии
3.1.3. Определение концентрации легирующих металлов методом локального 92 рентгено-спектрального анализа
3.1.4. Исследование микроструктуры пленок методом сканирующей электронной 93 микроскопии
3.1.5. Исследование микроструктуры методом просвечивающей электронной 93 микроскопии
3.1.6. Исследование морфологии поверхности методом атомно-силовой 95 микроскопии (АСМ)
3.1.6.1. Исследование морфологии поверхности легированных пленок 95 SnOi(Pd) и структур Al203(M)/SnO2(Pd)
3.1.6.2. Исследование морфологии поверхности пленок чистого и 99 легированного АЬОз для МДП-структур Рі/А120з(М)/р-Зі
3.1.6.3. Исследование морфологии поверхности оксидных пленок для 101 биочипов
3.1.7. Выводы ЮЗ
3.2. Сенсорные свойства образцов 104
3.2.1. Изучение сенсорных свойств структур A^O^/SnO^Pd) и 104
Al203(M)/Sn02(Pd)
3,2.1.1. Изучение сенсорных свойств структур Al203/Sn02(Pd) и 104
Ab03(M)/Sn02(Pd) в статическом режиме
3.2.1.2. Изучение сенсорных свойств структур AbCVSnCbfPd) и 108 Al203(M)/SnO2(Pd) по отношению к водороду
3.2.1.3. Изучение сенсорных свойств структур А120з/8п02(Р(1) и 111 Al203(M)/Sn02(Pd) по отношению к СО
3.2.1.4. Изучение сенсорных свойств структур AkOs/SnOjfPd) и ИЗ АЬОз(М)/8п02(Рй) по отношению к углеводородам
3.2.1.5. Модель влияния мембран на чувствительность пленок Sn02(Pd) к водороду и СО
3.2.1.6. Влияние мембран на сенсорные свойства пленок Sn02(Pd) к 119
углеводородам
3.2.1.7. Анализ газовой чувствительности структур AbOj/SnOitPd) и 120 Al203(M)/Sn02(Pd) к газам-восстановителям
3.2.1.8. Изучение сенсорных свойств структур Al203/Sn02(Pd) и 121 Al203(M)/Sn02(Pd) по отношению к смесям газов-восстановителей
3.2.1.9. Выводы 125
3.2.2. Исследование газовой чувствительности структур Sn02(Pt) 126
3.2.2.1. Исследование газовой чувствительности структур Sn02(Pt)K 126 водороду
3.2.2.2. Исследование газовой чувствительности структур SnO^fPt) к СО 130
3.2.2.3. Конструкция и приготовление сенсора на основе пленок Sn02(Pt) 132
3.2.2.4. Газовая чувствительность сенсора на основе Sn02(Pt) 133
3.2.3. Изучение газовой чувствительности МДП-структур Pt/AbOs/p-Si и 136
Pt/A І2 Оз (M)/p-Si к газам-восстановителям
3.2.3.1. Вольт-фарадные характеристики МДП-структур на воздухе 136
3.2.3.2. Вольт-фарадные характеристики МДП-структур в присутствии 140 водорода
3.2.3.3. Вольт-фарадные характеристики МДП-структур в присутствии СО 143
3.2.3.4. Вольт-фарадные характеристики МДП-структур в присутствии 144 метана
3.2.3.5. Выводы 146
3.3. Оптическое детектирование ДНК на тонких оксидных пленках 147
3.3.1. Изучение гидрофильных свойств поверхности пленок в процессе 147 модифицирования
3.3.2. Оптическое детектирование реакции гибридизации ДНК 148
3.3.3. Изучение интенсивности флюоресценции в зависимости от толщины 150 пленок Sn02 и АЬОз
3.3.4. Выводы 153
4. ВЫВОДЫ 154
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 156
