Полупроводниковый датчик влажности газов

 

Изобретение относится к области газового анализа. Сущность изобретения состоит в том, что в известном датчике влажности газов, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено из поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия. Технический результат: повышение чувствительности датчика и технологичности его изготовления. 3 ил.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения влажности различных газов.

Известен адсорбционный датчик влажности газов, содержащий непроводящую подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием - монокристаллической автоэпитаксиальной пленкой арсенида галлия и металлическими токопроводящими контактами [1].

Однако чувствительность такого датчика невелика.

Ближайшим техническим решением к заявляемому является датчик влажности газов, состоящий из монокристаллической пластинки селенида цинка, легированного цинком, с нанесенными на его поверхность металлическими электродами [2].

Недостатком известного устройства является недостаточная чувствительность для контроля влажности газов и трудоемкость его изготовления, предусматривающего выращивание монокристаллов селенида цинка, а также необходимость регенерации в связи со склонностью селенида цинка к окислению.

Задачей изобретения является повышение чувствительности датчика и технологичности его изготовления.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном датчике влажности газов, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено из поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия (ZnSe:GaAs=1: 1).

Для удобства пользования основание датчика может быть закреплено на непроводящей подложке (стекло, пьезокварц, керамика и др.).

Повышение чувствительности заявляемого датчика, по сравнению с известным датчиком [2], иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 представлена конструкция датчика, а на фиг. 2, 3 приведены сравнительные кривые изменения адсорбции паров воды и электропроводности датчиков в условиях адсорбции воды.

Датчик состоит из полупроводникового основания (1), выполненного в виде поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия, металлических электродов (2) и непроводящей подложки (3).

Принцип работы датчика основан на изменении электропроводности полупроводниковой пленки при адсорбции паров воды, которая сопровождается образованием донорно-акцепторных комплексов типа H₂O⁺⁶...Me^-6.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в исследуемую среду. При адсорбции паров воды происходит заражение поверхности пленки. Заряжение поверхности изменяет концентрацию свободных носителей зарядов в пленке, а вследствие этого изменяется ее электропроводность (σ_s). По величине изменения σ_s с помощью градуировочных кривых можно определить содержание влаги в исследуемой среде.

Из анализа градуировочных кривых, полученных с помощью устройства-прототипа и заявляемого датчика (см. фиг. 3а, б), следует, что заявляемый объект позволяет определять содержание паров воды (в газовых средах) с более высокой (в 3 раза) чувствительностью. Кроме того, упрощается технология его изготовления: отпадает необходимость в выращивании кристаллов, а также увеличивается срок службы, т.к. полупроводниковое основание из ZnSe (GaAs) менее склонно к окислению с полупроводниковым основанием из ZnSe(Zn).

Таким образом, применение поликристаллической пленки селенида цинка, легированной арсенидом галлия, позволило повысить чувствительность датчика, его технологичность и срок службы.

Источники информации 1. Авторское свидетельство N 541137, М.Кл. G 01 N 1/11, БИ N 48-76.

2. Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 97104680/20 от 1.04.97 г. 1-97 - патент РФ 2125260 C1, 20.01.1999.

Формула изобретения

Датчик влажности газов, содержащий полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, отличающийся тем, что основание выполнено в виде поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3