MS ve MIS yapılarının gaz algılama özelliklerinin incelenmesi - Dumludağ, Fatih (My University, 2000)
Bu çalışmada; 3 adet Ni/ GaAs MS Schottky diyot, 3 adet Pd/ Oksit/ GaAs MOS ve 4 adet Pd/ Sülfür/ GaAs MIS yapı olmak üzere toplam 10 adet gaz sensörü imal edilerek gaz algılama özellikleri incelenmiştir. Tüm sensörler, gaz algılama ölçümlerine geçmeden önce azot ortamında, 270C, 500C, 900C, 1200C, 1500C sıcaklıklarında I-V ve C-V karakteristikleri ölçülerek elektriksel karakterizasyonları yapılmıştır. MS sensörleri 750C, 900C, 1100C, 1400C, sıcaklıklarında çeşitli Hidrojen konsantrasyonlarında, 7 adet MOS ve MIS sensörleri ise, 270C, 500C, 900C, 1200C, 1500C sıcaklıklarında 10ppm, 50ppm, 100ppm, 250ppm, 500ppm Hidrojen gazı konsantrasyonlarında, bias gerilimi, ölçüm ortamı parametrelerine göre analiz edilmiştir. Ayrıca, bu aygıtların Karbonmonoksit (CO), Kükürtdioksit (SO2)ve Hidrojen Sülfür (H2S) gazlarını algılama özellikleri de farklı konsantrasyon, ortam ve sıcaklıklarda incelenmiştir. Tüm ölçümler bilgisayar kontrollü ölçüm sistemi ile yapılmıştır. Ana hatları ile, örneklerin yapılan ölçümlerinin dökümü aşağıdaki gibidir. 3 farklı MS örneği; * 5 farklı sıcaklıkta (270C, 500C, 900C, 1200C, 1500C) azot ortamında (N2) I-V ve C-V elektriksel karakteristikleri, * 4 farklı sıcaklıkta (750C, 900C, 1100C, 1400C) * Hidrojen gazı ortamında (H2), * 6 farklı ardışık H2 konsantrasyonunda (100ppm, 200ppm, 400ppm, 600ppm, 800ppm, 1000ppm), * 2 farklı bias geriliminde (V=-1 V, V=+0.2 V), * Gaz algılama I-t karakteristikleri ölçülmüş, 3 farklı MOS ve 4 farklı MIS Örneği, toplam 7 örneğin ise; * 5 farklı sıcaklıkta (270C, 500C, 900C, 1200C, 1500C) azot ortamında (N2) I-V ve C-V elektriksel karakteristikleri, * 5 farklı sıcaklıkta (270C, 500C, 900C, 1200C, 1500C), * 4 farklı gaza (Hidrojen (H2), Karbonmonoksit (CO), Hidrojen Sülfür (H2S), Kükürtdioksit (SO2)), * 5 farklı H2 konsantrasyonunda (10ppm, 50ppm, 100ppm, 250ppm, 500ppm), 4 farklı CO konsantrasyonunda (900ppm, 2250ppm, 4500ppm, 9000ppm), 2 farklı SO2 konsantrasyonunda (450ppm, 900ppm), 4 farklı H2S konsantrasyonunda (9ppm, 23ppm, 45ppm, 90ppm), * 5 farklı bias geriliminde (V=0 V, V=-0,05 V, V=-0,1 V, V=-0,2 V, V=-0,5 V), * 3 farklı ölçüm formatında (sabit, ardışık sabit, ardışık farklı), * iki farklı ölçüm ortamında (sentetik hava ve yüksek saflıktaki azot ortamı), * 2 farklı yıkama ortamında (sentetik hava ve yüksek saflıktaki azot ortamı), * Gaz algılama C-t karakteristikleri ölçülmüştür. Aygıtların elektriksel karakterizasyonları neticesinde bütün aygıtların diyot özelliği gösterdikleri tespit edilmiştir. Aygıtların gaz algılama özelliklerinin değerlendirmesinden, imal edilen bütün aygıtların Hidrojen gazını algıladıkları, Hidrojen gazını en kısa sürede algılayan aygıtın GMOS2 sensörü olduğu cevap sürelerinden bulunmuştur. İmal edilen bütün aygıtlar Karbonmonoksit gazını da algılamışlardır. GMOS aygıtları SO2 ve H2S gazını algılamamışlardır. GMIS aygıtları ise, SO2 gazını hava ortamında algılamadıkları fakat azot ortamında algıladıkları tespit edilmiştir. Bütün aygıtların duyarlık ve geri dönüşümlülük parametrelerinin sıcaklığa, ve gaz konsantrasyonuna, ortama, (uygulanan gerilime-duyarlık parametresi için-) bağlı olduğu görülmüştür. Ayrıca, bütün aygıtların geri dönüşümlü olduğu görülmüştür.

Data from the environment are usually acquired through sensors. Bio/ Chemical sensors are miniaturized devices, which convert a chemical state into an electrical signal. A chemical state is determined by the different concentrations, partial pressures or activities of particles such as atoms, molecules, ions or biologically relevant compounds to be detected in the gas, liquid or solid phase. Chemical sensors are very important devices for process control in industry, medical applications, environmental protection, safety systems (for explosive gases), control of food quality in industry, for cars and aircraft combustion systems. So, demand for chemical sensors increase day to day. Hydrogen is a very important gas, because of its explosive behaviour and as an energy source. Especially, because of the petrol reservoirs are getting less in recent years, the world needs clean and plenty energy sources. This pressure activated scientific research towards to the studies on Hydrogen sensors. To use Hydrogen effectively, we need the Hydrogen sensors and Hydrogen leakage sensors. We may see Hydrogen powered cars and aircraft's by having the large Hydrogen tanks (especially for aircraft) and Hydrogen sensors. In this study, gas-sensing properties of Ni/ GaAs MS (Metal-Semiconductor) Schottky diodes, Pd/ GaAs MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) and MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structures have been investigated. The test gases that we have used were Hydrogen (H2), Carbonmonoxide (CO), Sulphurdioxide (SO2) and Hydrogen Sulfide (H2S). Some of the authors state that the Hydrogen sensors, which are fabricated by using GaAs and Pd to obtain Schottky diode structure, were not sensitive to Hydrogen everytime due to Pd-GaAs interactions. That was a problem for the devices, which are fabricated by these elements. However, GaAs devices generally exhibit higher radiation hardness than silicon devices (especially silicon MOS devices); hence they are attractive for some space and military applications. The oxide part is the thin dielectric layers, such as SiO2, which are used in the MOS devices make them particularly sensitive to radiation. To solve this problem (in Hydrogen sensors) Pd/ GaAs MOS and MIS structures with different parameters were chosen to prevent Pd and GaAs interactions. In this study, electrical and gas sensing properties of these devices were investigated under different conditions (e.g. temperature, gas concentration, environment, bias voltage and different gases). In addition, MS devices were investigated for different diameter of the gate. The sensors were tested in a computer controlled flow set-up. The I-V and C-V measurements showed that all devices have diode characteristics. Gas sensing measurements showed that all samples sensitive to H2. The best device was GMOS2, because of short response time. All samples also were found sensitive to CO. GMOS devices were not sensitive to SO2 and H2S. GMIS devices were not sensitive to SO2 in air environment, but sensitive to SO2 in nitrogen environment. Sensitivity, reversibility, response time parameters of the devices were depended on temperature, gas concentration and environment. In addition, the sensitivity depends on applied voltage. All devices were reversible too.
Keywords: Gazlar