Details

Работа посвящена расчётному описанию временного электрического отклика газочувствительного элемента резистивного датчика на основе оксидного полупроводникового слоя. Рассматривается форма временной развертки отклика, участок нарастания сигнала при подаче аналита и участок восстановления после прекращения газовой экспозиции. В работе рассмотрены физико-химические основы отклика оксидных газочувствительных материалов, описаны модели Ленгмюра, Эловича и Тота, приведены их параметры и ограничения. Модель Ленгмюра рассматривается как базовое теоретическое приближение. Сравнение моделей выполнено по одной экспериментальной развертке. По результатам расчёта модель Тота показала лучшее совпадение с исходными точками по сравнению с моделями Ленгмюра и Эловича. После этого модель Тота была использована для пересчёта параметров отклика между 𝑊𝑂3, 𝑇𝑖𝑂2 и 𝐼𝑇𝑂. Расчёт показал, что выбранная модель может применяться для приближённого описания формы временного отклика трёх оксидных чувствительных слоёв. Параметры модели рассматриваются как эффективные. Они описывают расчётную кривую, но не заменяют полного физического описания процессов на поверхности оксидного материала.

The work deals with computational description of the time-dependent electrical response of a resistive gas sensor element based on an oxide semiconductor layer. The analysis focuses on the shape of the response curve, including signal growth during gas exposure and recovery after the analyte supply is stopped. The thesis describes the physical and chemical basis of the response of oxide gas-sensitive materials, presents the Langmuir, Elovich and Toth models, and discusses their parameters and limitations. The Langmuir model is treated as a basic theoretical approximation. Its application to oxide gas-sensitive layers is limited, since the sensor response may include not only physical adsorption, but also chemisorption, interaction with surface oxygen species and charge transport in the oxide layer. The model comparison was carried out using one experimental response curve. According to the calculation results, the Toth model showed better agreement with the source points than the Langmuir and Elovich models. After that, the Toth model was used to recalculate response parameters between 𝑊𝑂3, 𝑇𝑖𝑂2 and 𝐼𝑇𝑂 . The calculation showed that the selected model can be used for an approximate description of the response curve shape for three oxide sensing layers. The model parameters are treated as effective parameters. They describe the calculated curve, but do not replace a complete physical description of surface processes in the oxide sensing material.