Газовый датчик

 

Использование: изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания кислорода. Сущность изобретения состоит в том, что в заявляемом газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено из монокристаллической пластины арсенида галлия. Заявляемый датчик при существенном упрощении конструкции позволяет определять содержание кислорода с чувствительностью, на порядок превышающей чувствительность известного датчика кислорода. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности и технологичности изготовления датчика, расширении его функциональных возможностей. 3 ил.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода и других газов.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя [1]. Однако чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается на вещества с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа кислорода точность определения невысока.

Известен также датчик [2], позволяющий определять содержание кислорода с большей чувствительностью, однако он сложен по конструкции: включает селективную мембрану с необходимым для прохождения кислорода размером пор, полость с иммобилизованным флуоренцирующим красителем и устройство для фиксирования степени гашения красителя, которая пропорциональна парциальному давлению кислорода.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки селенида цинка, легированного арсенидом галлия, с нанесенным на ее поверхность металлическими электродами [3].

Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность и при этом трудоемкость изготовления, предусматривающего легирование селенида цинка.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика, расширение его функциональных возможностей, в частности обеспечение возможности его применения для анализа кислорода.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено из монокристаллической пластины арсенида галлия.

Повышение чувствительности заявляемого датчика, по сравнению с известным датчиком [3], принцип его работы и аналитические возможности демонстрируется чертежами, где представлены на фиг.1 - конструкция заявляемого датчика; на фиг.2 - график изменения контактной разности потенциалов (КПР), т.е. изменение поверхностного изгиба зон в процессе адсорбции кислорода при комнатной температуре (1 - вакуум, 2 - Р_о=0,93 Па) и на фиг.3 - градуировочная кривая - изменение вольт-амперной характеристики (ВАХ) прибора при увеличении доли кислорода в общем объеме водорода. Последняя наглядно иллюстрирует его чувствительность.

Датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде монокристаллической пластины арсенида галлия 1 с нанесенными на его поверхность металлическими электродами 2.

Принцип работы заявляемого датчика основан на связи поверхностного изгиба зон, о чем судят по изменению электрофизических характеристик (ВАХ и КРП, преимущественно ВАХ), и избирательности адсорбции на полупроводниковой пластине при наличии двух и более компонентов.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в исследуемую среду. При адсорбции кислорода, сопровождающейся образованием ионов и ионо-радикалов (О^-₂, О^- и др.), происходит заряжение поверхности полупроводниковой пластины, соответственно изгиб энергетических зон и, как следствие, изменение концентрации свободных носителей зарядов и электрофизических характеристик (ВАХ, КРП). По величине их изменения с помощью градуировочных кривых можно определить содержание кислорода.

Из анализа приведенной на фиг.3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ВАХ (силы тока I) от содержания кислорода (Рo₂), в частности в водородной среде, следует: заявляемый датчик при существенном упрощении конструкции позволяет определять содержание кислорода с чувствительностью, на порядок превышающую чувствительность известного датчика кислорода другого устройства [2].

К достоинствам заявляемого прибора следует также отнести его очень малые размеры (не более 3 мм³) и невысокую стоимость.

Источники информации

1. Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. - М.: Высш.школа, 1987.

2. Будников Г.К. Что такое химические сенсоры // Соросовский образовательный журнал. 1998, №3. С.72-76.

3. Патент №2161794, М.Кл. G 01 N 27/12, 25/56.

Формула изобретения

Газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, отличающийся тем, что основание выполнено из монокристаллической пластины арсенида галлия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3