Проведение исследовательских испытаний сенсорных элементов и электродов суперконденсаторов на основе легированных кремний-углеродных покрытий

Изготовлены экспериментальные образцы сенсорных элементов датчиков газов и электродов суперконденсаторов на основе тонкопленочных покрытий на подложках из материалов различного типа для управления электропроводностью за счет внешнего воздействия. Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов сенсорных элементов датчиков газов и электродов суперконденсаторов на основе тонкопленочных покрытий на подложках из материалов различного типа для управления электропроводностью за счет внешнего воздействия по разработанным программе и методикам. Даны технико-экономическое обоснование полученных научно-технических решений, и рекомендации по практическому применению полученных результатов. Определены основные технологические режимы осаждения кремний-углеродных пленок, в том числе модифицированных атомами металлов, на подложки из кремния и поликора с проводящим подслоем Cr - Cu. Показано, что из растворов на основе метанола и этанола осаждение нелегированных пленок происходит при напряжениях, значительно меньших (180 В - метанол, 270 В - этанол), чем из растворов на основе диметилформамида (500 В). При введении соли металла в раствор электролита напряжение значительно снижается и составляет от 30 до 90 В в зависимости от типа электролита и металлсодержащей соли. Скорость роста нелегированной пленки при установленных режимах составляет порядка ~ 700 ± 50 нм/ч. Продемонстрирована возможность создания селективного сенсора газа с повышенной чувствительностью к СO на основе кремний-углеродной пленки, модифицированной медью и осажденной на диэлектрическую подложку с группой медных электродов, расстояние между которыми составляет 80 - 100 мкм. Показана возможность создания электродов электрохимических конденсаторов на основе кремний-1-углеродных пленок, в том числе модифицированных атомами никеля и марганца; количественно определены их функциональные характеристики в 3,5 М растворе КОН в зависимости от плотности тока заряда - разряда, типа подложки и состава кремний-углеродной пленки. Разработан технологический маршрут изготовления сенсоров газов двух типов топологий на основе кремний-углеродных пленок, в том числе модифицированных медью. Установлены закономерности проявления электрофизических и газочувствительных свойств лабораторных образцов сенсоров газов на основе кремний-углеродных пленок, в том числе модифицированных атомами меди, в зависимости от топологии сенсора. Показано, что применение сенсора газов на диэлектрической подложке с подслоем меди, на котором методом фотолитографии сформированы группы электродов с зазором 80 - 100 мкм для осаждения кремний-углеродной пленки, позволяет повысить газовую чувствительность сенсора по сравнению со структурой на подложке из поликора с высокоомным подслоем из хрома ввиду возможности формирования пленки толщиной 4 мкм непосредственно на диэлектрике. Исследованы характеристики электродов электрохимических конденсаторов на основе кремний-углеродных пленок, в том числе модифицированных марганцем и никелем. Величина удельной емкости для лучших образцов электродов составила от 230 до 480 мФ/см². Полученные характеристики электродов электрохимических конденсаторов и сенсоров газов на основе кремний-углеродных пленок, изготовленных в соответствии с разработанными технологическими процессами, подтверждают высокую перспективность применения кремний-углеродных пленок для создания функциональных элементов электроники и актуальность проведения исследований в этой области. Технико-экономическая оценка показала, что разработанные на основе легированных кремний-углеродных пленок сенсорные элементы датчиков газов более чем на 85% меньше рыночной стоимости аналога, а суперконденсаторы - на 33%. Составлен проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка микросуперконденсаторов и датчиков газов на основе легированных кремний-углеродных покрытий».