ПОЛУПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

6.1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

К полупроводникам относят широкий класс веществ, у которых удельное электрическое сопротивление ρ при комнатной температуре лежит в пределах от 10^-3 – 10^-2 до 10⁸ – 10¹⁰ Ом·см (в полупроводниковой технике принято измерять удельное сопротивление материала объемом 1 см³, поэтому размерность получается 1 Ом·см²/см = 1 Ом·см). Удельное сопротивление полупроводников больше сопротивления проводников (10^-6 – 10^-4 Ом·см) и меньше сопротивления диэлектриков (10¹⁸ – 10²⁴ Ом·см).

Обычно к полупроводникам в узком смысле относят материалы, у которых полупроводниковые свойства четко выражены при комнатной температуре (300 К). Это, в первую очередь, наиболее изученные элементы 4 группы таблицы Менделеева (германий Ge и кремний Si), являющиеся основой современных аналоговых и дискретных микросхем. Вторая группа – соединения элементов 3 группы (алюминий Al, галлий Ga, индий In) и 5 групп (фосфор P, мышьяк As, сурьма Sb).

Общее требование к используемым полупроводникам – чтобы в кристаллической решетке чистого материала на один атом приходилось в среднем 4 валентных электрона. Этому требованию могут отвечать не только элементы таблицы Менделеева, но и их соединения, например соединения 2 и 6 групп (ZnTe, ZnSe и другие).

Кроме того, много полупроводников среди соединений 6 группы (кислород O, сера S, селен Se, теллур Te) c элементами 1 – 5 групп.

Особенностью всех полупроводников, отличающих их от проводников, является уменьшение их омического сопротивления с ростом температуры. Причем зависимость эта от температуры в десять раз сильнее, чем у проводников. Понятно, что полупроводники могут являться основой для создания ИП температуры; такие преобразователи выпускаются серийно, называются они термисторами (у них с ростом температуры сопротивление понижается) и позисторами (у них с ростом температуры сопротивление растет).

Незначительные примеси, вносимые в чистые полупроводники, существенно изменяют их свойства, делают их чувствительными к свету, магнитным полям, заряженным элементарным частицам.

Мы ограничимся рассмотрением только одного из многих типов полупроводниковых ИП – селективных преобразователей состава газовых смесей (сенсоров состава газов). Выбор определяется несколькими обстоятельствами.

С одной стороны, подобным преобразователям нет аналогов по чувствительности, быстродействию, механической устойчивости, габаритно – весовым характеристикам. С другой стороны, оперативный анализ состава газовых смесей при малых концентрациях отдельных компонентов, является крайне актуальной задачей в экологии, ракетной технике, электроэнергетике, микроэлектронной промышленности и т.д.

По указанным причинам, во многих странах (включая Россию) весьма интенсивно ведутся работы по углублению теории подобных ИП, разработке новых образцов и их исследованию.

Селективный (т.е. чувствительный только к одному компоненту газовой смеси) ИП представляет собой полупроводниковую пленку, на поверхности которой оседают (сорбируются) молекулы одного из компонентов газовой смеси. В зависимости от концентрации измеряемого компонента, например, кислорода в азоте или водороде, изменяются электрические параметры пленки; чаще всего выходным параметром является ее омическое сопротивление.

Для понимания общих принципов работы селективных преобразователей, необходимо познакомиться предварительно со свойствами собственно полупроводников и процессами сорбции.

6.2. СТРУКТУРА ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ТИПЫ ПРОВОДИМОСТЕЙ

Чистый полупроводниковый материал представляет собой кристаллы с периодической структурой. У наиболее изученных полупроводниковых элементов – германия и кремния - кристаллическая решетка имеет форму тетраэдра, у которого расстояния между всеми атомами, образующими вершины тетраэдров, равны.

Отдельно взятый атом германия или кремния имеет на самой дальней от ядра оболочке четыре валентных электрона. Эти электроны (в силу обратной квадратичной зависимости силы притяжения к ядру от расстояния и экранирующего действия более глубоких оболочек электронов) слабо связаны с положительным ядром атома и способны в химических реакциях частично или полностью переходить к другим атомам. В кристаллической же решетке материала каждый валентный электрон одного атома объединяется с электроном соседнего атома. Таким образом, у каждого атома образуется объединенная оболочка, состоящая из четырех собственных и четырех электронов ближайших атомов. Такая связь называется ковалентной.

Описанная картина идеального кристалла (без примесей, без дефектов решетки) соответствует температуре, близкой к абсолютному нулю. Если к образцу полупроводника приложить внешнее электрическое поле, то внутреннего движения заряженных частиц не возникнет, поскольку все электроны связаны, и, следовательно, ток через образец равен нулю.

Рост температуры образца полупроводника ведет к росту колебаний ионов кристаллической решетки, часть энергии которых передается электронам. С некоторой вероятностью отдельные электроны приобретают такую энергию, что покидают стационарную орбиту и начинают перемещаться внутри кристалла, превращаясь в свободный электрон проводимости.

На месте, оставленном свободным электроном, образуется не скомпенсированное поле положительного заряда ядра (поле положительного иона), или, по-другому, дырка от ушедшего свободного электрона. Дрейфующий свободный электрон может скомпенсировать положительный заряд иона (это явление называется рекомбинацией), но в месте, которое покинул электрон, образуется новая дырка. В полупроводнике возникает процесс хаотического перемещения электронов и дырок.

Если к полупроводнику приложить постоянное электрическое напряжение, то свободные электроны и дырки начнут перемещаться в соответствии с направлением напряженности внешнего поля и возникнет постоянный ток. Величина удельной проводимости σ образца зависит от абсолютной температуры и растет экспоненциально:

, (6.1)

где σ₀ – коэффициент, изменяющийся с температурой существенно медленнее экспоненты, можно считать его константой;

Е_А – энергия активации, т.е. энергия, необходимая для перевода электрона в активное состояние;

k – постоянная Больцмана, равная 1,38·10^-23 Дж/К;

Т – абсолютная температура.

Энергию элементарных частиц принято выражать в энергии электрона, ускоренного в поле с разностью потенциалов в один вольт. Величина эта называется электронвольт (эВ) и в джоулях равна: 1 эВ=1,60·10^-19 Дж. Множитель в знаменателе экспоненты также удобно выразить в эВ: kT будет равно 1 эВ при Т = 11600 К.

Энергия активации лежит для элементов 4 – ой группы от 0,74 эВ для германия до 6 эВ для алмаза. Поскольку температура образца полупроводника много меньше 11600 К, то очевидно, что свободными является малая часть валентных электронов, пропорциональная exp(-E_A/kT).

Количественный анализ свойств полупроводников и процессов в них базируется на зонной теории твердого тела, основанной на рассмотрении энергии электронов. Качественно ее суть можно объяснить следующим образом.

В атоме ближайшая к положительному ядру оболочка из двух электронов (обозначается буквой K; не путать с единицей температуры кельвином) обладает минимумом потенциальной энергии. Чтобы перевести электрон с уровня К на следующий, более далекий уровень L, необходимо совершить работу (затратить энергию) по преодолению кулоновских сил притяжения положительного ядра атома и отрицательно заряженного электрона. Но если электрон переведен на более далекую орбиту, то он стал обладать большей потенциальной энергией (первоначальная плюс энергия переноса).

Исходя из сказанного, самой большой энергией обладают валентные электроны, наиболее удаленные от ядра. Достаточно воздействовать на них внешней энергией (тепловой, световой), чтобы перевести в состояние проводимости, что фиксируется по величине электрического тока при подключении образца материала к источнику электрического напряжения.

Ограничиваясь рассмотрением энергии электронов валентного слоя и свободных электронов, можно утверждать, что имеется три выраженных зоны энергий (рис. 6.1):

- валентная зона, электроны которой не перемещаются под действием внешнего электрического поля;

- зона проводимости, электроны которой перемещаются под действием внешнего электрического поля, т.е. создают в образце электрический ток;

- запрещенная зона, ширина которой соответствует величине энергии, которую необходимо передать электронам валентной зоны, чтобы перевести их в зону проводимости.

Отличие металлов от диэлектриков и полупроводников сводится к ширине запрещенной зоны (рис. 6.1). У металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, часть электронов находится в зоне проводимости, под действием внешнего электрического поля они могут двигаться направленно, создавая электрический ток.

У полупроводников в зоне проводимости электронов нет, поскольку энергии валентных электронов не хватает преодолеть запрещенную зону. Диэлектрики подобны полупроводникам, но у них значительно шире запрещенная зона, поэтому с ростом температуры в образцах полупроводников появляются электроны проводимости, а в диэлектриках при тех же условиях - нет.

При комнатных температурах в металлах почти все валентные электроны находятся в зоне проводимости, поэтому ИП на основе металлов (тензометры, термометры сопротивления) получаются малой чувствительности – добавление внешней энергии (тепловой, световой, механической) не меняет концентрации электронов проводимости и удельное сопротивление образцов (или термо-э.д.с.) изменяется слабо.

В полупроводниках проводимость, согласно выражению (6.1), с температурой растет весьма сильно, но для получения различимого сигнала необходимо электронам преодолеть запрещенную зону. А при комнатной температуре T = 300 K тепловая энергия kT примерно равна 0,026 эВ. Очевидно, что при ширине запрещенной зоны порядка 1 эВ вероятность перехода электронов в зону проводимости очень мала. Диэлектрики, у которых запрещенная зона еще шире, тем более не способны проводить электрический ток и они рассматриваться далее не будут.

Для повышения чувствительности полупроводникового материала к подаваемой извне энергии необходимо сузить запрещенную зону, но сделать это нужно так, чтобы не допустить перехода большого количества валентных электронов в зону проводимости без воздействия внешней энергии. Это условие достигается введением в чистый полупроводник четвертой группы примесных элементов третьей или пятой групп таблицы элементов Менделеева. Примеси составляют весьма малую величину (концентрация порядка 1·10^-5% и менее) с тем, чтобы полупроводник не превратился в подобие металла.

Предположим, в германий добавлен пятивалентный фосфор. Атом фосфора замещает один из атомов германия в узле кристаллической решетки. Четыре валентных атома фосфора создают ковалентные связи с четырьмя соседними атомами германия, а пятый валентный электрон фосфора оказывается как бы лишним; атом фосфора превращается в положительный ион, который слабо притягивает пятый электрон. При температуре выше абсолютного нуля электрон легко покидает свой атом. Ширина запрещенной зоны при этом сужается с 0,7 – 1 эВ до 0,01 – 0,05 эВ. Примеси, которые отдают свои электроны, называются донорными, соответствующие электроны называются донорными электронами, а проводимость, по аналогии, донорной проводимостью; полупроводник с подобной примесью называется n – типа (с отрицательной преимущественно проводимостью).

Подобная же картина имеет место с избытком дырок, если использовать трехвалентную примесь, например, бор. Атомы бора в узлах решетки, кроме трех своих электронов, для обеспечения ковалентной связи, притягивают один из валентных электронов соседнего атома германия, создавая избыток дырок, являющихся эквивалентом положительного заряда. Принимающие электроны примесные элементы называются акцепторами, а соответствующая проводимость – дырочная или акцепторная; полупроводники такого типа называются дырочного типа или p - типа.

В примесных полупроводниках того или иного типа при комнатной температуре большая концентрация свободных носителей заряда, но чем выше концентрация зарядов, тем больше вероятность их рекомбинации, что снижает проводимость полупроводника.

Внешняя энергия смещает равновесие процессов и существенно увеличивает или уменьшает проводимость образца. Например, облучение светом приводит к повышению концентрации носителей заряда; электрическая проводимость повышается в функции от роста интенсивности светового потока – получается преобразователь светового потока в сопротивление (фоторезистор). Изменение температуры так же существенно изменяет проводимость, что позволяет создавать полупроводниковые преобразователи температуры с нижней границей диапазона преобразования в районе 1 К.

Отличие селективных преобразователей газового состава в электрический параметр (для краткости – сенсоров) от других полупроводниковых устройств заключается в первую очередь в том, что чувствительная поверхность полупроводника не изолируется от окружающей среды керамикой или непроводящими пленками (например, окиси кремния). Это обстоятельство требует от выбранного материала сенсора достаточную химическую стойкость. Кроме того, активная поверхность сенсора не должна образовывать устойчивых химических соединений с сорбируемыми (анализируемыми) частицами; обладать высокой механической и термической прочностью.

Многочисленными исследованиями установлено, что в наибольшей степени указанным требованиям соответствуют метало - оксидные полупроводники, такие, как ZnO, SnO₂, TiO₂ и другие [7].

Пленки окислов ZnO, TiO₂, CdS являются полупроводниками n – типа, а окислов NiO, Cu₂O – типа p. Поэтому сорбция акцепторных частиц, притягивающих свободные электроны, например, CH₂, CH₃, C₂H₅, C₃H₇, NH, OH, атомов N, O, Cl, актив­ных молекул O₂, Cl₂, Br₂ снижают концентрацию свободных электронов в полупроводнике n – типа и повышают концентрацию дырок в полупроводнике p – типа. Как следствие, в первом случае проводимость образца полупроводника понижается, а во втором – повышается.

И наоборот, донорные частицы, такие, как атомы Н, Nа, K, Zn, Cd, РЬ, Ag, Fe, Ti, Pt, Pd повышают электропроводность полупроводников n – типа и понижают p – типа.

6.3. ИП СОСТАВА ГАЗОВ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

6.3.1. Элементы теории сорбции

Поверхность твердого тела по своим свойствам сильно отличается от свойств его глубинных слоев. В глубине тел располагается неискаженная кристаллическая решетка, в которой электрические заряды ионов в узлах и электронов ковалентной связи вокруг них уравновешены. Конфигурация кристаллической решетки обеспечивает минимум потенциальной энергии атомам, ее образующим.

На поверхности же, т.е. на плоскости раздела сред, подобной компенсации нет, поскольку ближайшим к поверхности слоям электронов не с чем вступать в связь и энергия атомов в поверхностном слое имеет избыток потенциальной энергии. Другими словами, в поверхностном слое твердого тела находятся диполи, создающие электрическое поле напряженностью Е (напряженность - векторная величина, см. раздел 4.4).

Если к атомам поверхностного слоя приблизится газовая частица, то по закону Кулона одноименно заряженные частицы (например, электроны) твердой поверхности и газовой молекулы будут отталкиваться, симметрия молекулы нарушается, создавая электрический диполь. В итоге действия сил электрического поля Е молекула газа притягивается к поверхности тела и оседает на ней. Это явление называется физической адсорбцией.

Тело, на поверхность которого оседают атомы или молекулы газа называется адсорбентом, а газ – адсорбатом.

Микроскопическое описание процессов при адсорбции, т.е. получение математической модели поведения газовой частицы у твердой поверхности и процессов связи газовой частицы с ней крайне сложно, хотя качественное представление о процессах и действующих при этом силах есть и в литературе они достаточно подробно описаны.

Рассчитать теоретически энергию связи частиц адсорбата с поверхностью адсорбента крайне сложно, даже для модели идеальной поверхности без каких либо дефектов кристаллической решетки твердого тела; мы этого делать не будем. Сделаем только общее качественное заключение: поскольку потенциальная энергия диполя в электростатическом поле (см. раздел 4.4) равна U = - E·p, где р – дипольный момент адсорбированной молекулы, то адсорбция частиц с дипольным моментом (например, паров воды) будет происходить интенсивнее, чем неполярных.

В [9] приведен пример расчета, выполненного для случая адсорбции неполярных атомов аргона на поверхности кристалла хлорида калия KCl. Расчет показывает, что энергия связи сильно зависит от положения атома аргона относительно ионов калия K⁺ и хлора Cl ^-. Различные положения адсорбированного атома аргона на поверхности кристалла хлорида калия показаны на рис. 6.2.

Расчет дает следующие значения потенциальной энергии связи атома аргона:

- (а) над центром ячейки кристалла – 1,59 ккал·моль^-1;

- (б) над серединой ребра ячейки кристалла – 1,31 ккал·моль^-1;

- (в) над центром иона К⁺ - 1,45 ккал·моль^-1;

- (г) над центром иона Cl ^- - 1,27 ккал·моль^-1.

Рассмотренный пример показывает, что даже в идеальных условиях отсутствия шероховатости поверхности, дислокаций и других дефектов поверхности адсорбата, появление адсорбированной частицы не везде равновероятно. Имеются центры адсорбции (в рассмотренном примере это точка а), в которых появление частиц газа более вероятно.

Кроме того, необходимо учесть, что адсорбированные частицы обладают кинетической энергией и, получив некоторый дополнительный импульс от атомов адсорбата, отрываются от поверхности и возвращаются в газовую среду. Указанный процесс называется десорбцией. В целом реальная картина процесса адсорбции и десорбции оказывается очень сложной и имеется большое количество теорий, описывающих тот или иной частный случай адсорбции.

С точки зрения оценки чувствительности сенсоров интерес представляет рассмотрение малых концентраций исследуемого компонента газа в смеси. Это позволяет ограничиться достаточно простой моделью адсорбции, предложенной первым исследователем таких процессов И. Ленгмюром. В модели принято, что конденсация и испарение газовых частиц происходит с гладкой поверхности твердого тела, а адсорбированные газовые частицы располагаются в центрах адсорбции в один слой (мономолекулярный слой) и не обмениваются энергией между собой.

Количество адсорбированного газа x зависит от давления газа p, температуры Т, и от природы газа и твердого тела

x = f(p,T, газ, твердое тело).

Основным уравнением модели адсорбции является уравнение, связывающее концентрацию адсорбированных частиц при постоянной температуре и изменяемом парциальном давлении исследуемой компоненты газовой смеси. Полученная кривая называется изотермой адсорбции (изотерма означает – при постоянной температуре).

В простейшем случае идеальной, энергетически однородной поверхности адсорбционное равновесие невзаимодействующих частиц описывается изотермой Ленгмюра:

, (6.2)

где N - концентрация адсорби­рованных частиц;

N₀ - плотность центров адсорбции;

р - давление в газо­вой фазе;

; ;

Е_А- энергия адсорбции,

М_А - молекулярный вес адсорбированной частицы.

В пределах малых давлений изотерма Ленгмюра переходит в изотерму Генри, описывающую линейную область адсорбции:

. (6.3)

С точки зрения анализа изменяющегося во времени состава газов важно знать не только конечное (равновесное) значение процесса адсорбции, описываемое уравнениями (6.2), (6.3), но и характер процесса достижения равновесной концентрации частиц.

В рамках теории Ленгмюра скорость процесса описывается дифференциальным уравнением

, (6.4)

где m - масса адсорбированной частицы;

ν - частота колебаний частицы;

s - площадь поверхности, занимаемая одной частицей;

- коэффици­ент прилипания;

- среднее время пребывания адсорбированной частицы на поверхности адсорбента.

Первое слагаемое правой части (6.4) описывает скорость процесса сорбции, а второе – процесса десорбции. После интегрирования уравнения и некоторого упрощения результата, связанного с рассмотрением концентраций адсорбированных частиц на малых интервалах времени после подачи газа, получается следующее выражение

. (6.5)

Полученный результат позволяет утверждать, что рост концентрации адсорбированных частиц в начальный момент времени идет по линейному закону с наклоном, равным

. (6.6)

В последнем выражении важным является тот факт, что наклон кривой концентрации адсорбированных частиц при изотермической (т.е. постоянной температуре) адсорбции пропорционален парциальному давлению адсорбата р.

Кроме рассмотренного выше механизма физического связывания газовых частиц на поверхнос­ти твердого тела, имеется механизм химической связи, который называется химической адсорбцией, или короче, хемосорбцией.

Физическая ад­сорбция, как было указано выше, обусловлена поляризационным диполь - дипольным взаимодействием, а хи­мическая адсорбция, как и всякое химическое взаимодействие, обусловлена ковалентными силами с возможным участием ионного взаимодействия.

С точки зрения воздействия на энергетические зоны полупроводника хемосорбция является определяющим механизмом. Именно внедрение в кристаллическую структуру полупроводника электронов или дырок хемосорбированных частиц определяет изменение электрической проводимости сенсорной пленки.

Наиболее наглядно связь между физической и химической адсорбцией прослеживается на кривых Леннарда - Джонса [7], описывающих энергию системы адсорбат - адсорбент в зависимости от расстояния между частицей и поверхностью (рис.6.3).

На рисунке пред­ставлены две адсорбционные кривые, соответствующие физической (кривая 1) и химической (кривая 2) адсорбции. Здесь Qi – энергия адсорбции, r_i - равновесное расстояние, определяющее минимум потенциальной энергии. В случае хемосорбции r гораздо меньше, а Q значительно больше тех же ве­личин, характерных для физической адсорбции.

Порядок значений потенциальной энергии связи следующий: при физической адсорбции – от 0,01 до 0,2 эВ; при химической – 1 эВ. Необходимость детального рассмотрения физической адсорбции заключается в том, что она является первоначальной стадией связывания газо­вых частиц, предшествующей процессу хемосорбции и изменения зарядового состояния поверхности по­лупроводника.

6.3.2. Изготовление и методика применения ИП состава газов

Изготовление и применение сенсоров рассмотрим на примере сенсора из пленки оксида цинка.

На пластинку кремния с линейными размерами от 1 до 10 мм специальной платиновой пастой в соответствующих местах наносятся миниатюрные контакты, к которым затем привариваются тонкие платиновые отводы. Такая исходная заготовка позволяет контролировать процесс нанесения чувствительной пленки (ZiO) по изменению омического сопротивления.

Далее заготовку помещают в вакуумную камеру, в которой испаряют незначительное количество цинка. Цинк в виде тонкой пленки оседает на поверхности заготовки (слой цинка считается достаточным, когда сопротивление между платиновыми контактами составит 5 - 10 Ом).

Затем пленка цинка окисляется в потоке чистого кислоро­да в течение 4 - 5 часов при температуре 500°С. По мере окисления, электроны проводимости цинка связываются атомами кислорода, и сопротивление пленки растет. При достижении сопротивлением величины от 10 до 20 кОм подача кислорода прекращается, и поверхность обдувается потоком водорода при температуре 350⁰С. Подго­товленная таким образом пленка полупроводникового оксида весьма прочна и готова к использованию в анализаторе.

Поскольку работа чувствительного элемента должна проходить при строго постоянной температуре (см. раздел 6.3), как правило, с обратной стороны сенсора напыляют нагревательный элемент и термометр сопротивления.

Преобразователь в сборе представляет собой небольшую камеру, в которой расположен чувствительный элемент. Внешние электронные узлы обеспечивают подогрев и поддержание стационарной температуры поверхности оксида цинка. Над ней пропускают исследуемый газ. Выходным параметром преобразователя является омическая проводимость пленки, величина которой функционально зависит от концентрации адсорбированных частиц, а та, в свою очередь, от парциального давления р анализируемого компонента согласно (6.3), (6.4). Проводимость измеряется между платиновыми контактами, нанесенными при изготовлении образца сенсора.

В практике применяется два метода выполнения преобразований концентрации адсорбированных частиц в проводимость.

Первый – стационарный, при котором измеряют установившееся значение электропроводности. Недостаток его заключается в том, что равновесное состояние концентрации (т.е. адсорбция за большие временные интервалы) идет по нелинейному закону вида (1 – е^-at) и чувствительность преобразования при изменении концентрации во времени резко снижается.

Предпочтительнее второй метод, предложенный И.А. Мясниковым, при котором измерения проводятся в кинетическом режиме. Практически это означает следующее: камеру преобразователя продувают чистым газом, одновременно повышая температуру пленки сенсора. Цель – очистить поверхность пленки оксида цинка от адсорбированных частиц. После очистки сенсора температуру его возвращают к стационарному значению и на короткое время включают подачу анализируемого газа; одновременно измеряют электропроводность пленки. Согласно выражению (6.6) производная от электропроводности (при постоянной температуре) пропорциональна парциальному давлению исследуемого компонента газа, т.е.

,

где α – постоянный коэффициент, включающий в себя сомножитель перед давлением р в выражении (6.6).

Кинетический метод преобразования (в аналитической химии он называется «детектированием»), как показывают результаты исследований, дает возможность по изменению элек­тропроводности, вызванной адсорбцией активных частиц на поверхно­сти полупроводниковой пленки, измерить концентрацию компонента газа, составляющую 10^-6 - 10^-7% объемного состава газовой смеси.

Очень важной проблемой является селекция (выделение) определенной компоненты газовой смеси, поскольку адсорбция частиц различной природы, в конечном счете, вызывает однотипные изменения элект­рофизических характеристик адсорбента (например, изменение электропроводности).

Активные исследования в указанном направлении позволили разработать несколько эффективных методов, обеспечивающих селективную чувствительность преобразователя лишь к определенным компонентам газовой смеси. К таким методам относятся:

- выбор температурного интервала детектирования, позволяющего регистрировать определенные, активные именно в этом интервале температур, частицы, в то время как другие компоненты смеси в этой области температур еще или уже не обладают значимой активностью;

- нанесение небольших (~1%) добавок каталитически активных металлов, смещающих максимум чувствительности в сторону выбранного компонента газа;

- соответствующий выбор структуры и толщины окси­дных слоев;

- использование различных газовых фильтров, обладающих способностью селективного отбора частиц нужного вида (например, через пленку чистого палладия проходят только молекулы водорода).

Указанные приемы позволяют, благодаря малым габаритам сенсоров, создавать преобразователи с набором сенсоров, характеризующихся различной чувствительностью по отношению к разным частицам. Подобный преобразователь в одном цикле измерений дает полную картину состава газовой смеси. На рис. 6.4 показан пример работы преобразователя с четырьмя сенсорами. Сенсоры настроены на селекцию соответственно молекулярного и атомарного водорода, кислорода и радикалов СН₃ в смеси газов. По горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной – величина тока через соответствующий сенсор.

Из рисунка видно, что наличие в смеси газов радикалов СН₃ и атомарного водорода не изменило выходного параметра (тока) в сенсорах отсутствующих в смеси молекулярного водорода и кислорода, т.е. условие селективности выполнено.