Granulära halvledare känner igen ett gott vin på gasmolekylerna
07.04.2011
Hur mycket farlig gas finns det i luften? Och är vinet bra eller dåligt? Som hjälpmedel för att uppfatta bland annat de här sinnesförnimmelserna kan man använda en elektronisk näsa, som består av flera olika gasgivare.
Teknologie licentiat Aapo Varpula vid Institutionen för mikro- och nanoteknik vid Högskolan för elektroteknik har i sin doktorsavhandling ”Electrical properties of granular semiconductors – Modelling and experiments on metal-oxide gas sensors” inom disciplinen halvledarfysik undersökt granulära halvledares elektriska egenskaper och uppgjort modeller av förändringarna i dessa ämnen samt deras likströms- och växelströmsegenskaper.
Granulära halvledare kan utnyttjas i många tillämpningar
Granulära halvledare används i stor utsträckning i olika tillämpningar, t.ex. i solceller, elektronik och i olika givare. Halvledares elgenomströmning är beroende av potentialbarriärerna vid korngränserna. På grund av detta har de här ämnena extraordinära elektriska egenskaper som kan utnyttjas i till exempel varistorer och gasgivare.
– Gasgivare används för att urskilja giftiga gaser vid övervakning av luftkvalitet. Vi har samarbetat med Environics Oy som har specialiserat sig på bl.a. gasdetektorer för myndighetsbruk, berättar Varpula.
Ett mera vardagligt exempel på mätning av gasmolekyler är alkometrar för konsumenter. Gasmolekyler kan också kopplas till sjukdomar: med hjälp av den elektroniska näsan kan man upptäcka och identifiera sjukdomar såsom diabetes som ger upphov till acetonånga i patientens andedräkt.
I forskningens experimentella del framställdes en mikrogasgivare
I forskningen upptäcktes och modellerades ett nytt fysikalisk-kemiskt fenomen i gasgivarna: negativ admittans. Också ett annat nytt fenomen, en känslighet som beror på bias-spänning, kunde klarläggas och modelleras. Med hjälp av de här fenomenen kan man förbättra gasgivarnas selektivitet så att de bättre kan urskilja och identifiera olika gaser.
Inom ramen för det omfattande samarbetsprojektet planerades och tillverkades också en mikrogasgivare som innehåller tunnfilm som framställts med hjälp av ALD-atomlagermetoden (ALD=atomic layer deposition).
– ALD-metoden som har utvecklats i Finland har inte tidigare använts i den här typen av gasgivare, säger Varpula.
Tack vare ALD-tunnfilmen är givarna stabilare och förblir oförändrade under användningen. Givarna kan användas bl.a. för mätning av etanol- och acetonångor.
Kontaktinformation:
TkL Aapo Varpula
tel. 050 374 8060
aapo.varpula [at] gmail [dot] com
Doktorsavhandlingen på nätet (lib.tkk.fi)
