Датчик газов и влажности и способ его изготовления

 

Сущность изобретения: датчик содержит последовательно расположенные нижний электрод, пленку полупроводника, пленку диэлектрика и верхний электрод из благородного металла. Нижний электрод выполнен из титана, пленка полупроводника из оксида титана переменного состава, а пленка диэлектрика из диоксида титана. Способ изготовления датчика включает нанесение на титансодержащий электрод слоя оксида титана переменного состава, слоя диоксида титана путем анодного окисления титана v. верхнего электрода. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы.

„ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 27/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВедОмстВО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (/) (: (21) 4873284/25 (22) 15.10.90 (46) 30.03,93. Бюл. № 12 (71) Курганский сельскохозяйственный институт (72) В,В.Власевский, fl.П Вильмс, Э,Г, Косцов и С.В.Фадеев (56) Микроэлектронные датчики химического состава газов. — ЗЭТ, 1988, с.12-28.

Авторское свидетельство СССР

¹ 840708, кл. G 01 N 19/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 535488, кл, G 01 N 19/10, 1975. (54) ДАТЧИК ГАЗОВ И ВЛАЖНОСТИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области микроэлектроники и аналитического приборостроения и может быть использовано при создании малогабаритных датчиков для измерения газов и влажности, Цель изобретения — повышение быстродействия и надежности датчика газов и влажности.

Поставленная цель достигается тем, что датчик газов и влажности содержит в качестве нижнего электрода титан, в качестве полупроводниковой пленки — окислы титана, в качестве диэлектрика — двуокись тита на, а в качестве верхнего электрода — пленку из благородного металла.

Способ изготовления датчика включает создание на нижнем металлическом электроде окислов титана и верхнего электрода.

Окислы титана получают в виде пленки

„„Я2,„, 1805373 А1 (57) Сущность изобретения: датчик содержит последовательно расположенные нижний электрод, пленку полупроводника, пленку диэлектрика и верхний электрод из благородного металла. Нижний электрод выполнен из титана, пленка полупроводника из оксида титана переменного состава, а пленка диэлектрика из диоксида титана.

Способ изготовления датчика включает нанесение на титансодержащий электрод слоя оксида титана переменного состава, слоя диоксида титана путем анодного окисления титана и верхнего электрода. 2 с,п. и 1 з,п. ф-л ы.. окислением нижнего электрода из аморфного титана в растворе 3% винной кислоты, а затем на нем получают пленку двуокиси титана, причем, верхней электрод изготавли- «З вают из благородного металла. (л

При этом компоненты МДП-структуры () . получают следующим образом: на диэлектрическую подложку напыляют иодидный титан « Ъ резистивным напылением в вакууме с получением аморфной пленки из титана, Затем анодным окислением получают структуру полупроводника и диэлектрика, состоящую из окислов титана и двуокиси титана, после чего наносят верхний газо- и влагопроницаемый электрод.

Таким образом МДП-датчик получают строгим набором технологических операций.

1805373

Формула изобретения

Составитель Е, Дульнева

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

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

Устройство работает следующим образом. При помещении датчика в газовую или влажную среду молекулы газа или воды проникают сквозь верхний электрод и изменяют контактный барьер МДП-структуры. В результате действия газов .или влажности изменяются параметры МДП-датчика, например, емкость.

Толщина..тото или иного слоя МДПструктуры строго определяется способом получения датчика. Так, толщина наносимой титановой пленки не должна превышать 0,7 мкм для сохранения аморфности.

В то же время толщина титановой пленки должна быть достаточной для образования слоев полупроводника и диэлектрика, причем толщина обедненной области МДПструктуры должна быть меньше толщины. полупроводниковой области для обеспечения модуляции емкости и тем самым чувствительности датчика. Получают аморфную. титэновую пленку резистивным напылени- ем иодидного титана с графитовой или вольфрамовой лодочкой при давлении 10 6 мм рт.ст, Толщина слоев полупроводника и диэлектрика, получаемых анодированием, не о должна превышать 1500 А, иначе в результате объемного роста пленки возникаю-, большие механические напряжения, которые приводят к растрескиванию пленки окисла. При этом толщина диэлектрика регулируется режимами окисления и составляо ют 100 — 500 A. Минимальная толщина пленки диэлектрика обусловлена тем, что при ее уменьшении появляются большие локальные токи. Максимальная толщина обусловлена тем, что при дальнейшем увеличении ее существенно уменьшается чувствительность датчика. Анодирование проводят в электролите, не растворяющем окисляемую пленку, время анодирования от

10 с до 2 мин.

Верхний электрод изготавливают напылением в вакууме любым из известных способов.

Пример. На стеклянную очищенную подложку, нагретую до 300-350 С наносят иодидный титан резистивным напылением в вакууме при давлении 10 мм рт,ст. Получаемую таким способом аморфную пленку из титана толщиной 0,5 мкм окисляют анодированием в 3 растворе винной кислоты или кислого-BMHHoKvlcëoãо аммония с образованием слоев полупроводника и диэлект10 о рика толщиной 1000 А. Затем наносят верхний серебряный электрод толщиной о

200 А резистивным напылением. Быстро15 действие предложенного устройства 1 — 10 с и менее. Таким образом, заявляемое решение позволяет создать датчики на основе оксидов титана, отличающихся от известных своей надежностью, обладающих повышенным- быстродействием.

1. Датчик газов и влажности, содержащий последовательно расположенные нижний электрод, пленку полупроводника, пленку диэлектрика и верхний электрод, выполненный из благородного металла, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и надежности датчика, нижний электрод выполнен из титана, пленка полупроводника из оксида титана переменного состава, а пленка диэлектрика — из диоксида титана, 2, Способ изготовления датчика газов и влажности, включающий нанесение на титансодержащий электрод слоя оксида титана путем анодного окисления и верхнего электрода, отличающийся тем, что, с целью идентичности изготовляемых датчиков, на титансодержащий электрод наносят пленку оксида, титана переменного состава и пленку диоксида титана. причем слои оксидов титана получают поэтапным анодным окислением аморфного титана, 3, Способ по п2, отл ич а ю щи йся тем, что анодирование проводят в растворе

3 -ной винной кислоты.