Способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде

 

Использование: изобретение относится к полупроводниковой сенсорной технике и может быть использовано для изготовления недорогих и простых в изготовлении датчиков для определения концентрации аммиака в газовой среде. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде и сокращении расхода материала, используемого для изготовления датчика. Сущность: способ включает нанесение газочувствительного слоя химически очищенного фталоцианина меди на подложку с электродами, технохимическую активацию этого слоя и прогрев газочувствительного слоя. Слой фталоцианина меди наносят при температуре подложки 195-205°С толщиной не более 20 нм, которая подвергается легированию кислородом в низком вакууме. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к полупроводниковой сенсорной технике и может быть использовано для изготовления недорогих и простых в изготовлении датчиков для определения концентрации аммиака в газовой среде.

Известен способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа газовой среды (PL патент 137250, кл. G 01 N 27/00, 1989), который включает нанесение газочувствительного слоя на подложку с электродами и технологическую активацию этого слоя.

К недостаткам указанного датчика относятся низкая чувствительность (18 мг/м³), большое время регенерации (15 мин), высокая рабочая температура (150^oC) и сложность технологии изготовления (многократный - 11 циклов прогрев газочувствительного слоя).

Известен способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде (RU патент 2080590, кл. G 01 N 27/12, 1997 г) - принятый за прототип, который заключается в следующем: 1. Ha ситалловую подложку с электродами наносят вакуумным напылением газочувствительный слой толщиной не более 50 нм из органического полупроводника фталоцианина меди, очищенного химическими методами.

2. Легирование слоя фталоцианина меди кислородом воздуха.

Однако в полученном по такому способу тонкопленочном датчике для анализа аммиака в газовой среде имеется существенный недостаток - неспособность выявить наличие газа аммиака (NH₃) в воздухе, если его содержание не превышает предельно допустимой концентрации (10 мг/м³), значительный расход органического полупроводника и необходимость использования внешнего источника тока для нагрева датчика.

Изобретение направлено на повышение чувствительности тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде и сокращение расхода материала, используемого для изготовления датчика.

Способ изготовления тонкопленочного датчика для определения концентрации аммиака в газовой среде включает нанесение газочувствительного слоя химически очищенного фталоцианина меди на подложку с электродами, технохимическую активацию этого слоя и прогрев газочувствительного слоя. На подложку с электродами наносят слой фталоцианина меди при температуре подложки 195^oC-205^oC толщиной не более 20 нм, которая подвергается легированию кислородом в низком вакууме.

На фиг. 1 изображен полупроводниковый датчик газа аммиака, где указаны подложка (фиг. 1, поз. 1), с электродами (фиг. 1, поз. 2) и слой фталоцианина меди (фиг. 1, поз. 3).

На фиг. 2 представлена зависимость сопротивления датчика в газе R_r от концентрации аммиака C.

На фиг. 3 представлена линейная зависимость lgR_r от концентрации C.

Предлагаемый способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде заключается в следующем: На ситалловую подложку (фиг. 1, поз. 1) с растровыми электродами (фиг. 1, поз. 2) в вакууме наносится термической возгонкой тонкий слой (20 нм) фталоцианина меди (фиг. 1, поз. 3), очищенного химическими методами. Температура подложки в процессе конденсации фталоцианина меди из газовой фазы поддерживалась 195^oC-205^oC. После напыления слой фталоцианина меди подвергался легированию кислородом в низком вакууме. Легированный слой выдерживался в атмосфере аммиака при концентрации ниже предельно допустимой при температуре 90^oC в течение 4-5 мин, а затем в вакууме при 150^oC.

Изготовление тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде предлагаемым способом позволило повысить чувствительность измерения концентрации аммиака до 5 мг/м³ и сократить расход органического полупроводника на изготовление.

Новым в предлагаемом способе по сравнению с прототипом является нанесение газочувствительного слоя органического полупроводника фталоцианина меди оптимальной толщины не более 20 нм, а также легирование слоя фталоцианина меди кислородом в низком вакууме.

Испытания тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде проводили при t = 95^oC и напряжении < 36 В. Измеряли зависимость сопротивления датчика R_r от концентрации аммиака в пределах 5 - 200 мг/м³. Зависимость сопротивления датчика в газе от концентрации аммиака представлена на фиг. 2. Для возврата сопротивления датчика к начальному значению производили прогрев до 135^oC в течение 4 - 5 минут. Датчики обладают высокой стабильностью параметров. Погрешность в измерении первоначального сопротивления составила не более 1%.

Исследования показали, что изготовление тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде предлагаемым способом позволило получить линейную зависимость lgR_r от концентрации C (фиг. 3).

На основе датчика изготовлен лабораторный образец измерителя концентрации газа.

Сопоставление характеристик, представленных в таблице, иллюстрирует преимущество заявленного способа изготовления.

Формула изобретения

Способ изготовления тонкопленочного датчика для определения концентрации аммиака в газовой среде, включающий нанесение газочувствительного слоя химически очищенного фталоцианина меди на подложку с электродами, технохимическую активацию этого слоя и прогрев газочувствительного слоя, отличающийся тем, что на подложку с электродами наносят слой фталоцианина меди при температуре подложки 195^oC - 205^oC толщиной не более 20 нм, который подвергается легированию кислородом в низком вакууме.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4