Многослойный полупроводниковый чувствительный элемент газоанализатора

 

Использование: аналитическое приборостроение . Сущность изобретения: чувствительный элемент выполнен в виде многослойной структуры с крестообразной формой первого слоя носителя и нагревателя, расположенного между первым и вторым слоями носителя. Каталитический слой выполнен на втором слое носителя. Слой коммутационной металлизации введен к нагревательному и каталитическому покрытию. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕ TCKVlX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 27/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

1 (21) 4834436/25 (22) 08,08.90 . (46) 30,03,93. Бюл. М 12 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В.Н.Евсиков, Ю.А.Зеленцов, А,С,Наумов, Г.В.Сафронкин и В.Н.Чувашев (56) Авторское свидетельство СССР .

N 811127, кл. G 01 N 27/16, 1981. . Патент США N 4246228, кл. G 01 N 25/30, 1981.

Изобретение относится к области при, боростроения и может быть использовано в устройствах. избирательного контроля про центного содержания различных горючих газов в их сложных смесях с воздухом.

Цель изобретения — повышение точности избирательного газоопределения сложных горючих газов, На фиг.1 показан полупроводниковый чувствительный элемент газоанализатора; на фиг.2, 3 — разрез А-.А и Б — Б на фиг.1.

Он содержит несущее основание 1 чувствительного элемента (основа); первый слой 2 носителя; нагревательный элемент 3;, выводы 4 нагревательного-элемента; второй слой 5 носителя; газочувствительный эле мент 6; выводы 7 газочувствительного элемента; коммутационные (токоведущие) дорожки 8 к нагревательному и газочувствительному элементам; внешние контактные площадки 9, 10 нагревательного и газочувствительного элементов; 11- третий слой. Ю 1805372 А1 (54) МНОГОСЛОЙНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ГАЗОАНАЛИЗАТОРА (57) Использование: аналитическое приборостроение. Сущность изобретения; чувствительный элемент выполнен в виде многослойной структуры с крестообразной формой первого слоя носителя и нагревателя, расположенного между первым и вторым слоями носителя. Каталитический слой выполнен на втором слое носителя. Слой коммутационной металлизации введен к нагревательному и каталитическому покрытию. 3 ил. носителя (d — диаметр рабочей части чувствительного элемента; D — габаритный размер чувствительного элемента).

Для изготовления несущего основания чувствительного элемента могут быть ис- Со пользованы различные материалы, напри- С) мер; кремний, паликор, сапфир, ситэлл, у полимерные пленки и др.

Чувствительный элемент с габаритными размерами D содержит нагревательный элемент 3 и выводы 4 нагревательного элемента, выполненные в тонкопленочном исполнении из любого реактивного сплава, например П 65ХС. Нагревательный элемент з расположен между двумя слоями 2 и 5 носителя, Первый слой 2 носителя выполнен крестообразной формы с диаметром d в средней части из диэлектрического матери- ала, например окиси алюминия, а второй слой 5 носителя выполнен из того же материала, только в средней рабочей части размером d. Расположение нагревательного

1805372 элемента 3 между двумя слоями носителя позволяет поддерживать постоянную температуру рабочей поверхности нагревательного элемента.

На втором слоем 5 носителя в средней рабочей части диаметром d размещен газочувствительный элемент 6, а выводы 7 газочувствител ьного элемента расположены на первом слое носителя. Газочувствительный элемент и его выводы выполнены в тонкопленочном исполнении из каталитически активного материала. например: окислов металлов (Яп02, 2пО, Fe203 и др.) и легирующих добавок. К нагревательному и газо.чувствительному элементам созданы металлизированные токоведущие дорожки, которые выполнены в виде крестообразной консоли, Наружные концы токоведущих дорожек 8-внешние контактные площадки 9, 10 расположены на несущем основании 1.

Материалом токоведущих дорожек и контаткных площадок являются, например, никель, алюминий, золото, платина и другие металлы или сплавы. Токоведущие дорожки на длине до контактных площадок (9,10) дополнительно защищены третьим слоем 11 носителя, например окисью алюминия. Контактными площадками 9 нагревательный элемент 3 включается в цепь питания с помощью микросварки, а газочувствительный элемент 6 через свои контактные площадки

10 включается в измерительную цепь. С нижней стороны чувстви гельного элемента и токоведущие дорожки освобождены от материала несущего основания.

Чувствительный элемент работает следующим образом.

На нагревательный элемент 3 подается необходимое напряжение для достижения нужной рабочей температуры. Величина напряжения определяется сопротивлением нагревательного элемента и его геометрическими размерами, На поверхности чувствительного элемента 6 вследствие хемосорбции кислорода возникает отрицательный заряд, образованный захваченными электронами, что приводит к обеднению приповерхностной области газочувствительного слоя будет минимальной.

При сорбции анализируемого газа, каталитически взаимодействующего с хемосорбированными кислородом, проводимость приповерхностной области газочувствительного слоя увеличивается. Величина проводимости определяется концентрацией анализируемого компонента.

Предлагаемая конструкция чувствительного элемента газоанализатора по

10 сравнению с прототипом позволяет разграничивать функции нагревательного и газочувствительного элементов, упростить вторичную аппаратуру за счет гальва, нической развязки цепи питания и из"5 мерительной цепи, повысить точность избирательного анализа горючих газов с

2-Зь до 0.5 — 0,8, повысить ресурс работы чувствительного элемента за счет устранения перегрева нагревательного элемента.

20 Формула изобретения

Многослойный полупроводниковый чувствительный элемент газоанализатора, содержащий расположенные на основе носитель, нагреватель и гаэочувствительный

25 слой с металлизированными консольными, выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности избирательного газоопределения сложных- горючих газов, носитель чувствительного элемента содер30 жит три слоя материала, первый слой выполнен крестообразным диаметром d в средней рабочей части, а второй слой носителя выполнен только в средней рабочей части диаметром d, при этом тонкопленоч35 ный нагревательный элемент расположен между первым и вторым слоями носителя, газочувствительный элемент из тонкопленочного слоя каталитически активного материала расположен на втором слое

40 носителя, а металлизированные консольные выводы нагревательного и газочувствительного элементов защищены третьим слоем материала носителя, причем размер газочувствительного элемента меньше раз- .

45 мера нагревательного элемента, наружные концы металлизированных консольных выводов закреплены на основе, которая выполнена в виде кольца с внутренним диаметром, равным расстоянию. между наружными кон50 цами металлизированных выводов.

1805372

Составитель В. Чувашов .Редактор Л. Народная Техред М. Моргентал Корректор С Шекмар

Заказ 938 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5 а

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