توصيفگر ها :
حسگر گاز اكسيد فلزي , ريز گرم كن , ساخت حسگر , آشكارسازي گاز , اكسيد روي
چكيده فارسي :
گازها بر زندگي انسان¬ها تاثير غيرقابل انكاري دارند. در بسياري از كاربردهاي صنعتي، پزشكي، محيطي، كشاورزي و نظامي به حسگرهاي گاز حساس، انتخابگر، پايدار و سريع نياز است تا آشكارسازي و اندازه¬گيري غلظت گازهاي موجود در محيط امكان¬پذير شود. در قرن بيستم و با توسعه و پيشرفت فناوري، نيمه هادي¬هاي اكسيد فلزي به صنعت ساخت حسگر¬هاي گاز وارد شدند كه به دليل مزايايي چون قيمت ارزان، حساسيت بالا به طيف وسيعي از گازها و ساخت آسان، به عنوان پركاربردترين و بزرگ¬ترين گروه حسگرهاي گاز شناخته مي¬شوند. حساسيت ، پايداري ، زمـان پاسخ¬گـويي ، كم¬ترين ميزان گاز قابل آشكارسازي ، محدوده پويايي و انتخاب¬گري از مهم¬ترين پارامترهاي اين حسگرها است. پارامترهاي حسگرهاي اكسيد فلزي مقاومتي به عوامل مختلفي از جمله تخلخل، ضخامت، اندازه دانه، تركيب شيميايي، رطوبت، دما، افزودن فلزات نجيب و استفاده از نانو مواد كربني وابسته است. در اين پروژه به ساخت و مشخصه¬يابي حسگر گاز لايه نازك اكسيد روي مجتمع شده با ريزگرم¬كن براي آشكارسازي بخار الكل و استون پرداخته شده است. هدف از اين پروژه توسعه يك روش ساخت ساده، كم هزينه و تكرار پذير با ديد صنعتي بوده است. به دليل ابعاد و قيمت مناسب و دارا بودن پين‌هاي فشاري، از كريستال‌هاي كوارتز تجاري به عنوان زيرپايه استفاده شد. آلياژ آهن، نيكل و كروم براي لايه ريزگرم¬كن انتخاب شد كه با روش لايه¬نشاني از بخار به صورت فيزيكي لايه¬اي نازك با چسبندگي خيلي خوب بر روي كوارتز ايجاد شد. ريز گرم¬كن ساخته شده تا دماي 500 درجه سانتي¬گراد را به خوبي ايجاد كرد. با تغيير شكل الگوي ريزگرم¬كن، تحمل حرارتي و يكنواختي دماي سطح آن بررسي شد. ميزان تغيير مقاومت و اكسيد شدن سطح ريزگرم¬كن در دوره¬ي يك¬ساله¬ي مورد بررسي بسيار محدود و كمتر از 5 درصد بوده است. براي لايه¬ي حساس حسگر، نيمه هادي اكسيد روي انتخاب شد و با روش كند و پاش RF بر روي كوارتز لايه¬نشاني شد. اتصال الكتريكي لايه حساس بدون استفاده از لايه¬نشاني عناصر گران قيمت مثل طلا انجام شد. براي مشخص شدن ريزساختار اجزا حسگر، تصويربرداري الكتروني و آناليز عنصري Edax بر روي زيرپايه، الكترودها، لايه حساس و ريزگرم¬كن انجام شده است. انتخاب¬گري حسگر نسبت به بخار اتانول، متانول و استون بررسي شد و بيشينه حساسيت حسگر در دماي 280 درجه سانتي¬گراد نسبت به بخار استون و برابر 11 به دست آمد.
چكيده انگليسي :
Gases have an undeniable impact on human life. Many industrial, medical, environmental, agricultural, and military applications require sensitive, selector, stable, and rapid gas sensors to detect and measure the concentration of gases in the environment. In the twentieth century, with the development of technology, metal oxide semiconductors entered the industry of manufacturing gas sensors. Due to advantages such as low cost, high sensitivity to a wide range of gases, and easy manufacturing, metal oxide sensors are known as the most widely used and the largest group of gas sensors. Sensitivity, stability, response time, the minimum amount of detectable gas, dynamic range, and selectivity are the most critical parameters of these sensors. These parameters of the resistive metal-oxide sensors depend on various factors such as porosity, thickness, grain size, chemical composition, humidity, temperature, the addition of noble metals, and the use of carbon nanomaterials. This project deals with the fabrication and characterization of a thin-film zinc oxide gas sensor integrated with a microheater for the detection of alcohol and acetone vapor. Our study aimed to develop a simple, low-cost, and reproducible fabrication method with an industrial vision. Due to the appropriate dimensions, economical price, and having push pins, the commercial quartz crystals were used as a base. An alloy of iron, nickel, and chromium was selected for the microheater layer, which was physically created by vapor deposition to form a thin layer with excellent adhesion to quartz. The built-in microheater can produce temperatures up to 500 degrees Celsius. The microheaterʹs heat tolerance and its surface temperature uniformity were investigated by changing the shape of the microheater pattern. The rate of change in resistance and oxidation of the microheater surface during one year was limited and less than 5%. The zinc oxide semiconductor was selected for the sensitive layer and layered on quartz by RF etch and coating method. The electrical connection of the sensitive layer was performed without using expensive elements such as gold. To determine the microstructure of the sensor components, electron imaging and Edax element analysis were performed on the substrate, electrodes, sensitive layer, and microheater. The selectivity of the sensor to ethanol, methanol, and acetone vapors was investigated, and the maximum sensitivity of the sensor at 280 °C to acetone vapor was 11.
