Gözenekli silisyum esaslı sensörlerin hazırlanması ve incelenmesi

Abstract

Gözenekli silisyum (GS), kristal yapılı, boşlukların nanometre/mikrometre boyutlu silisyum bir ağ ile çevrelenmiş ve geniş yüzey alanı (~10^3 (m^2/cm^3)). ) ile karakterize edilen, tek kristal silisyumdan elektrokimyasal anodizasyon yöntemi ile elde edilen bir malzemedir. Gözenek yüzeyleri, Si-H ve Si-O bağları ile kaplıdır. Bu bağlar, gözenekli silisyumun elektriksel, optik, lüminesans ve gaz sensörü özelliklerinin değişiminde önemli rol oynamaktadır. Yapının gözenekliliği, Metal/Gözenekli Silisyum/Silisyum yapıların gaz sensörü olarak kullanılmasına yeni bir bakış açısı kazandırmıştır.Metal (Cu, Ag, Au)/GS/Si Schottky tipli yapıların nem voltaik etkinin yanı sıra, gaz (hidrojen sülfür, karbon monoksit) ve hidrojen içeren sıvı (çeşme suyu, distile su, etanol, metanol, deniz suyu, v.b) ortamlarında bir dış kaynaktan elektrik uygulanmasına gerek olmadan gerilim ürettikleri keşfedilmiştir.Bu tarzdaki sensörlerin kararlılıkları gözenek yüzeyleri boyunca I. Grup metallerin difüzyonu ile belirlenmektedir. Metal/GS/Si yapıların hazırlanma aşamasında maruz kaldıkları ısıl işlemlerde Cu, Ag ve Au'nun gözenekli silisyum yüzeyi boyunca difüzyonu ilk defa bu çalışmada incelenmiş ve metallerin GS yüzeyi boyunca difüzyonlarının tek kristal silisyumdaki hacim difüzyonlarına kıyasla çok büyük (~10^4-10^5 kat) oldukları belirlenmiştir.Au/GS/Si Schottky tipli yapıların oda sıcaklığında nem, karbon monoksit ve hidrojen sülfür gaz ortamlarında akım-gerilim karakteristikleri incelenerek, nem ve gaz atmosferlerinin Au/GS/Si, Au/GS yapılardaki akım gerilim karakteristiklerine etkidiği, özellikle ters yön akım-gerilim karakteristiklerinde belirgin farklılıklar oluşturduğu gözlenmiştir.Au/GS/Si yapının nem, karbon monoksit ve hidrojen sülfür gaz ortamlarında 480mV'a kadar açık devre gerilimi ürettiği ve duyarlılık parametreleri sırasıyla yaklaşık, 9 mV/RH, 4 mV/ppm ve 2 mV/ppm olduğu belirlenmiştir. Açık devre gerilimi üretimi, Au/GS/Si yapının hem gaz sensörü hem de mini hidrojen yakıt pili olarak kullanılmasına imkân verdiği belirlenmiştir. Au/GS yapının hidrojen veya gaz uyarımı ile elektrik üretme mekanizması hidrojen yakıt pillerinde kullanılan proton değiştirici membran (PEM: Proton Exchange Membrane) çalışma mekanizması esas alınarak açıklanmıştır.