Проанализирован опыт работы НИФХИ им. Л.Я. Карпова по применению полупроводниковых сенсоров в физико-химических исследованиях. Особое внимание уделено специальным методическим приемам, позволяющим количественно и селективно измерять концентрацию контролируемых частиц в окружающей среде. На ряде примеров показано, что при помощи сенсоров можно не только успешно исследовать известные физико-химические явления, но и открывать новые, такие, как фотодесорбция кислорода с поверхности полупроводников и эмиссия активных частиц с разупорядоченной поверхности в ходе ее релаксации.





Кроме того, концентрация анализируемых частиц непосредственно преобразуется в электрический сигнал, что сильно упрощает схему измерения. Перечисленные свойства сенсоров и определяют их возможности для научных исследований в различных областях науки, включая физику, химию, медицину и биологию. При современном состоянии российской науки, старении экспериментальной базы и дефиците ассигнований на ее обновление широкое использование полупроводниковых сенсоров может в какой-то степени помочь экспериментаторам сохранить высокий уровень работ. В этой работе на основании опыта НИФХИ им. Л.Я. Карпова обобщаются специальные приемы использования полупроводниковых химических сенсоров для физико-химических исследований.

Одна из первых работ по применению пленок оксидного полупроводника в качестве датчика частиц в газовой фазе, привела к открытию фотодесорбции молекулярного кислорода при освещении в области собственного поглощения пленки оксида цинка с адсорбированным кислородом. Это явление в последующие годы изучалось в ряде научных центров и ему были посвящены специальные конференции. Механизм фотодесорбции заключается в передаче энергии фотовозбуждения адсорбционным центрам. Важно отметить, что в этой работе впервые были продемонстрированы условия, при которых возможно успешное применение сенсора. На рис. 1 показана схема прибора, в котором была обнаружена фотодесорбция кислорода. Этот прибор имел два сенсора из оксида цинка, каждый мог поочередно служить и сенсором кислорода, и адсорбентом. Это достигалось в результате того, что один из образцов освещался, а другой оставался затемненным; проводимость каждого из них могла измеряться независимо, причем одновременно наблюдалось увеличение освещаемой пленки и уменьшение проводимости затемненного образца. Такой эффект наблюдался как в вакууме с предварительно адсорбированным кислородом на освещенной пленке ZnO, так и в присутствии кислорода при малых давлениях.