ФРАКТАЛЬНАЯ РАЗМЕРНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ФРАКТАЛЬНЫХ СЕНСОРОВ

April 30, 2012 by admin Комментировать »

Даник Ю. Г., Горобец Н. Н., Толстая А. А., Тимонюк В. А. Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина пл. Свободы, д. 6, Харьков – 61077, Украина Тел.: +3080(572)707-51-75, E-mail: Nicolay.N.Gorobets@univer.kharkov.ua

Г) ЧЭ

где              – сопротивление проводника переменному

–                                                    ^ и43

току с круговой частотой СО \ К= – сопротивление проводника            постоянному       току;

г – радиус цилиндра, с –

удельная электропроводность для постоянного тока, [Л – относительная магнитная проницаемость проводника, ju0 – магнитная постоянная, -толщина скин-слоя

В нефрактальных структурах на высоких частотах, когда х > 1,5 (нормальный скин-эффект), сопротивление

и в двойных логарифмических координатах описывается прямой с угловым коэффициентом 0,5. При наблюдении скин-эффекта на фрактальной чувстви-

туЧЭ

тельной массе зависимость сопротивления К_ от частоты (О определяется выражениями [4]:

или прибудет(4)

где Dl,Ds – фрактальные размерности, порождаемые фрактальными величинами:продольная фрактальная длина;– фрактальная площадь поверхности ЧЭ, заключённой между поперечными сечениями, отстоящими друг от

друга на расстоянии lL, 8 – толщина скин-слоя,

которую в данной задаче будем рассматривать в роли фрактального масштаба .

Таким образом, в двойных логарифмических ко-

Т)ЧЭ

ординатах согласно (4) зависимость К_ от (О описывается прямой с угловым коэффициентом отлич- ним от 0,5.

Г)ЧЭ

Следовательно, измерение сопротивления К_ ЧЭ как функции от частоты (О позволяет определить фрактальную размерность Ds чувствительной массы ЧЭ, обозначенную ранее как DJ3 .

Рассмотрим спиралевидный ЧЭ [1], который представляет собой спираль из высокоомной металлической проволоки с плотно уложенными витками, покрытую полупроводниковой чувствительной массой

Диаметр ЧЭ

d = 0,25мм , длина / = 1 мм . Металлическая спираль в ЧЭ играет роль подложки, а чувствительная масса может рассматриваться как полупроводник цилиндрической формы. Для проведения эксперимента

по измерению сопротивления R43 как функции от частоты (О для спиралевидного ЧЭ использовалась экспериментальная установка, включающая: генератор стандартных сигналов; генератор эталонных смесей; гермозону; комплекс измерительной аппаратуры (миллиамперметр,     вольтметр,           осцилло

граф).Измерение проводились в осушенном воздухе при температуре 20° Сив воздухе, содержащем 0,5 % СОг при той же температуре. После взаимодействия с молекулами газа наблюдалось резкое, в десятки раз, уменьшение абсолютного значения сопротивления

чувствительной массы R43 . Если учесть, что в области нормального скин-эффекта по аналогии с (2) сопротивление представимо в виде

то можно предположить, что уменьшение RУ связано с резким падением сопротивления фрактально-

пЧЭ

го ЧЭ на постоянном токе К= . Заметим, что подобные эффекты в экспериментах на постоянном токе ранее наблюдались в работе [6].

III.  Заключение

Определена фрактальная размерность полупроводниковых нанодисперсных газовых датчиков на оксидах металлов. Измерено изменение сопротивления датчика на переменном токе.

IV. Литература

FRACTAL DIMENSION OF SEMICONDUCTING FRACTAL SENSORS

Danik G., Gorobets N. N., Tolstaya A. A., Timonyk V. A. Kharkiv Karazin National University

4      Svobody sq., Kharkov, 61077, Ukraine Tel +308(057)707-51-75,

E-mail: Nikolay.N.Gorobets@univer.kharkov.ua

Abstract – Fractal properties of structure of semi-conductor sensitive element (SE) sensitive weights for detection of dangerous gas molecules is considered. The way of definition for fractal dimension of sensitive weight is shown by means of resistance measurement at high frequencies.

I.  Introduction

Metal oxides are used for analysis of gas in the air [1] in the nano-dispersion semi-conducting sensors developed during the recent years. Fractal dimension of such a semi-conductor sufficiently influences the character of electrical conductivity and hence the sensitivity and operating speed of the sensor.

II.  Main part

In fact the semi-conductor sensitive mass surface structure is changed in the result of the gas molecule adsorption. In the most general view, the gas molecules can be considered as

gas clusters with the fractal dimension of D^- [2] and the sensitive element surface can be considered as the surface fractal

тлЧЭ

with the dimension of Dу . In this case the gas molecule

adsorption on the surface fractal may be described as the interaction of two different fractals leading to formation of the new

surface fractal with the dimension of Dj3+F [4]:  In this work the method of defining the fractal dimension of

тлЧЭ                                                                                                                         D ЧЭ

the sensitive mass Dу by measuring the resistance К_ at

high frequencies CO was applied. In such a case the skin effect takes place in the result of which the alternating current flows mainly in the surface fractal layer of the sensitive element [4].

1.    HanienonynpoeodHUKoei сенсори: теор1я, конструкций за- стосування / Буданов П. Ф., Даник Ю. Г. та iH.-X.: Вид-во Нац. ун-ту внутр. справ, 2001 .-252 с.

2.    Смирнов Б. М. Физика фрактальных кластеров. -М.: Наука, 1991. – 136с.

3.    Федер Е. Фракталы. -М.: Мир, 1998. – 248 с.

4.    Фракталы в физике. Труды Vi-ro Между нар. симп. по фракталам в физике / Под ред. Л. Пъетрокеро, Э. Тозат- ти. – М.: Мир, 1988. – 672 с.

5.    Яворский Б., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1968. – 446 с.

6.    Галямов Б. Ш., Завьялов С. А., Куприянов П. Ю. Особенности микроструктуры и сенсорные свойства нанонеод- нородных композитных пленок // ЖФХ. -2000. – Т. 74.

–    No 3. – С. 459-465.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты