Чувствительный элемент датчика влажности

 

Использование: измерительная техника , в частности гигрометрйя, для определения содержания влаги в газообразных и сыпучих телах. Сущность изобретения: чувствительный элемент датчика влажности содержит полупроводник, например кремниевую пластину, на поверхность которой нанесена слоистая структура из окисла, нитрида кремния и поликристаллического кремния с двумя электродами. На слой поликремния , легированного ионами элементов III или V групп, нанесен материал, сорбирующий влагу. 2 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 27/12

ГОС1/ДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГО)ПАТЕНТ CCCP) OllVlCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ВТОРСКОМУ СВИД =ТЕ,е1ЬСТВУ (21) 4880326/25 (22) 20.08.90 (46) 07.02,93, Бюл, N 5 (71) Произ водствен ное объединение "Родон (72):В.Л, Августинов, Д.Н. Биднык, С;П, Костенко, А.B. Насыпайко и А.И. Остапчук (56).Заявка Японии N 62-24739, кл. f 01 N 27/12. опублик. 1988. ,Заявка Японии ¹ 62-58456, кл: 01 N 27/12, ппублик. 1988.

184) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫИ ЭЛЕМЕНТ ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ !

I ! .! .!

Изобретение относится к измеритель„I ной технике, в частности к гигрометрии, и мо ет быть использовано для определения сод ржания влаги в газооб раз н ых и сыпучих тел х.

Известны алюминиево-оксидные преобр зователи, например, датчик влажности, сос оящий из алюминиевой фольги, на которой частично сформирован анодный окисел.

Характеристики его в первую очередь определяются свойствами слоев окиси, которые зависят от технологии получения. Чувствител ность такого типа преобразователей до:I ста очно низка и определяется из енением объемных резистивных сво ств чувствительного слоя. Достаточно велика постоянная времени, которая колеблется от 10 до 2 с для лучших образцов, Наиболее близок к предлагаемому датчик влажности, действующий на принципе измерения электрического сопротивления.

„„ Ы„„1793350 А1 (57) Использование: измерительная техника, е частности гигрометрия, для определения содержания влаги в газообразных и сыпучих телах. Сущность изобретения: чувствительный элемент датчика влажности сО держит полупроводник, например кремниевую пластину, на поверхность которой нанесена слоистая структура из окисла, нитрида кремния и поликристаллического кремния с двумя электродами. На слой поликремния, легированного ионами элементов III или V групп, нанесен материал, сорбирующий влагу, 2 ил, Элемент содержит кремниевую пластинку с двуслойным диэлектриком; окислом кремния и нитридом кремния. На последнем формируют металлические слои в виде параллельных полос, попарно обьединенных двумя контактами. Нанесенный избирательно спой поликремния обволакивает эти слои, образуя также продольные полосы. Легирование ионами бора или фосфора определяет исходную концентрацию носителей заряда, которая проявляется в виде начального омического сопротивления, Затем эту структуру покрывают сорбентом влаги, изменяющим свое сопротивление, По величине тока утечек между электродами судят о количестве влаги. Основное достоинство данного датчика — временная стабильность. Данный элемент имеет невысокую чувствительность и большую величину постоянной времени.

Большое значение постоянной времени определяется условиями проникновения

1793350

40 молекул воды в поверхностный слой, которое носит диффузионный характер. Чувствительность лежит примерно в тех же пределах, что и для полимерных структур, но несколько выше за счет изменения проводимости также и слоя поликремния при взаимодействии с продиффундировавшими молекулами воды, Однако данная составляющая не столь значительна и может составлять максимум 10 — 15, Цель изобретения —, повышение чувствительности и уменьшение постоянной времени измерений, На фиг, 1 показан поперечный разрез чувствительного элемента датчика влажности, проходящий по оси симметрии малого параллелепипеда; на фиг. 2 — слой поликремния, сформированный в виде двух взаимноперпендикулярных прямоугольных полос (параллелепипедов) с двумя электродами большого параллелепипеда и двумя дополнительными электродами малого.

Чувствительный элемент датчика влажности содержит полупроводниковую (кремниевую) пластину 1, на поверхность 2 которой последовательно нанесены слои окисла 3 и нитрида 4 кремния. Поверх нитрида 4 сформирован слой поликремния в виде двух прямоугольных взаимно перпендикулярных по осям симметрии параллелепипедов: большого 5 и малого 6. Большой параллелепипед 5, содержащий два электрода 7 и 8, нанесен на материал 9. сорбирующий влагу. Непосредственно под материалом 9 выполнено углубление 10, проходящее через слои 3 и 4, На слой нитрида 4 частично нанесен малый параллелепипед 6 по обеим сторонам от углубления 10

Формула изобретения

Чувствительный элемент датчика влажности, содержащий кремниевую пластину, на поверхность которой последовательно нанесены слои окисла и нитрида кремния, поверх последнего сформирован в виде прямоугольных полос слой поликристаллического кремния с двумя электродами, легированного ионами элементов III или V групп, с нанесенным материалом, сорбирующим влагу, отл ича ю щи и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения постоянной времени измерения, слой поликремния сформирован в виде двух оргогональных по осям симметрии параллеле5

30 и снабжен дополнительными электродами

11, 12, Следует отметить, что для защиты поверхности поликремния при технологических операциях поверх слоя поликремния (параллелепипеды 5 и 6) нанесены последовательно дополнительные слои пиролитического окисла кремния 13 и нитрида кремния

14, В этих слоях выполняются перед нанесением электродов 7, 8 и 11, 12 окна 15.

Доступ влаги обеспечивается только со стороны углубления 10, устройство работает следующим образом.

При отсутствии паров воды за счет выполнения специальной геометрии и наличия нитридного слоя 4 обусловливается начальное зарядовое состояние структуры 5, 9, Задается величина тока,:протекающего через электроды 7, 8 большого параллелепипеда

5, На дополнительных электродах 11, 12 может появиться начальный сигнал 2 — 5 мВ за счет технологического несовпадения осей симметрии параллелепипедов, При адсорбции молекул воды на поверхности материала 9 изменяется зарядовое состояние, что в свою очередь меняет характер протекания тока через параллелепипед 5. На дополнительных электродах 11 и 12 появляется разность потенциалов, пропорциональная количеству влаги, обусловленная междолинным перераспределением электронной плотности, Таким образом, одновременно повышена чувствительность датчика за счет применения эффектов поляризации и перекачки электронной плотности между долинами.и: уменьшена постоянная времени.

I пипедов, стороны и площади оснований которых соотносятся как 0,33-0,15, причем больший параллелепипед, содержащий два электрода, нанесен на материал, сорбирующий влагу, непосредственно под которым в кремниевой пластине выполнено углубление, проходящее через слои оксида и нитрида, гтри этом на последний установлен двумя краями основания малый параллелепипед по обеим сторонам от углубления, снабженный двумя дополнительными электродами, а материал, сорбирующий влагу, выполнен на основе смеси оксидов кремния и алюминия в соотношении 0,72-0,51, легированной оксидами меди в пределах 3-6 .

17Q3350

II 6 П 7 I4 9 I2

I4,3

Фиг. 1

Фиг. 2

За аз 501 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

-+—

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 !!

1 !

Редактор

Составитель В.Августинов

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская