Полупроводниковый газовый датчик

Авторы патента:

G01N27/12 - твердого тела в зависимости от абсорбции текучей среды, твердого тела; в зависимости от реакции с текучей средой

Владельцы патента RU 2666575:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода, и может быть использовано для экологического мониторинга. Полупроводниковый газовый датчик содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdTe)_0,39(CdS)_0,61, нанесенной на непроводящую подложку. Датчик согласно изобретению при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии теплопроводности паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987. - 287 с.) Однако такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя.

Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In₂O₃), легированного оксидами щелочных металлов (, TamakiJun, MoriyaKoji, MiuraNorio, YamazoeNoboru // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 43. N 2. P. 36-37). Он позволяет детектировать 6,7-0,05 Па СО во влажном воздухе при 300°С. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300°С и трудоемкость изготовления.

Ближайшим техническим решением к изобретению является газовый датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами, и непроводящей подложки (Патент РФ №2206083, М. ПК.G01N 27/ 12, опубликовано 10.01.2007 г.).

Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операцию напыления металлических электродов.

Техническим результатом изобретения является создание датчика, позволяющего, при повышенной чувствительности и технологичности его изготовления, определять содержание микропримесей оксида углерода в газовых смесях при комнатной температуре.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами и непроводящую подложку, согласно изобретению, полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе теллурида и сульфида кадмия состава (CdTe)_0,39(CdS)_0,61, нанесенной на непроводящую подложку. При этом исключаются операции нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены на фиг. 1 - конструкция заявляемого датчика; на фиг. 2 - изобара адсорбции оксида углерода, свидетельствующая об адсорбционной активности к нему поверхности полупроводникового основания поликристаллической пленки - (CdTe)_0,39(CdS)_0,61; на фиг. 3 - градуировочная кривая зависимости изменения рН изоэлектрического состояния поверхности (ΔрН_изо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления СО (Р_СО). Последняя наглядно демонстрирует чувствительность полупроводникового основания к оксиду углерода.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе теллурида и сульфида кадмия состава (CdTe)_0,39(CdS)_0,61, и непроводящей подложки 2 (фиг. 1).

Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на непроводящую подложку, и вызывающих изменение изоэлектрического состояния, а соответственно изменение силы активных центров ее поверхности.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают (или в которой выдерживают) анализируемый на содержание оксида углерода газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (CdTe)_0,39(CdS)_0,61 происходит избирательная адсорбция молекул СО и изменение рН изоэлектрического состояния поверхности пленки (ΔрН_изо). По величине изменения рН изоэлектрического состояния поверхности с помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг. 3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ΔрН_изо от содержания оксида углерода (Р_СО), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающую чувствительность известных датчиков. Существенное упрощение технологии изготовления датчика обусловлено исключением операции нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов.

Малые габариты устройства (рабочий объем менее 0,2 см³) в сочетании с малой массой пленки - адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс.

Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.

Полупроводниковый газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdTe)_0,39(CdS)_0,61, нанесенной на непроводящую подложку.

Похожие патенты:

Датчик угарного газа // 2666189

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Предложенный датчик угарного газа содержит полупроводниковое основание (1), выполненное в виде поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,75(CdSe)0,25, и непроводящую подложку 2.

Способ анализа запаха газовых смесей // 2666009

Изобретение относится к технике анализа запахов газовых смесей, содержащих обладающие запахом компоненты, и может быть использовано для определения качественного и количественного анализа запаха таких смесей.

Способы изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе // 2665348

Изобретение относится к области создания высокочувствительных датчиков и приборов на их основе для измерения токсичных газов и может быть использовано в аналитической химии, экологическом мониторинге, в атмосферном мониторинге, для измерения концентрации озона в технологических процессах и в научных исследованиях.

Способ создания сенсорного элемента на основе микрорезонатора из пористого кремния для детекции паров взрывчатых веществ // 2661611

Изобретение относится к области физики. Способ включает введение в микрорезонатор из пористого кремния органических полимеров класса полифениленвиниленов, причем микрорезонатор из пористого кремния размещают на дне металлической емкости, которую заполняют раствором органического полимера с концентрацией 0,1-1 мг/мл в органическом растворителе, после чего в емкость нагнетают инертный газ и поддерживают избыточное давление на уровне 1-9 бар в течение 10-100 минут при фиксированной температуре из диапазона от +10°С до +50°С.

Способ изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе // 2660338

Изобретение может быть использовано в аналитической химии для контроля концентрации озона в технологических процессах, экологического мониторинга, контроля воздушной среды рабочих зон, атмосферного мониторинга, в научных исследованиях, в том числе в области атмосферной химии.

Способ изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе // 2660333

Изобретение может быть использовано в аналитической химии, в экологическом мониторинге, для контроля воздушной среды населенных мест, в атмосферном мониторинге, для контроля концентрации озона в технологических процессах, научных исследованиях, в том числе в области атмосферной химии.

Датчик микропримесей аммиака // 2652646

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

Способ определения содержания нефтяных топлив в грунтах // 2650437

Использование: для определения содержания нефтяных топлив в грунтах «на месте». Сущность изобретения заключается в том, что способ определения содержания нефтяных топлив в грунтах включает определение типа грунта, определение типа нефтяного топлива, установление содержания концентрации топлива по градуировочным графикам, при этом измеряют температуру грунта, на покрытии пьезосенсора сорбируют равновесные газы естественного происхождения над незагрязненным грунтом и фиксируют изменение частоты колебаний пьезосенсора, затем также сорбируют газы над загрязненным нефтяным топливом грунтом и фиксируют изменение частоты колебаний пьезосенсора, с учетом температуры грунта и содержания газов естественного происхождения определяют концентрацию нефтяного топлива в грунте по градуировочному графику.

Датчик угарного газа // 2649654

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для экологического мониторинга. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.

Датчик влажности // 2647168

Использование: для измерения степени влажности газовой среды. Сущность изобретения заключается в том, что датчик влажности содержит подложку из диэлектрического материала с осажденными на нее пленочными электродами и диэлектрической пленкой в промежутке между ними, электроды разнесены на подложке относительно друг друга с образованием промежутка 0,1-2,0 мм и выполнены путем термического осаждения в вакууме на подложку, выполненную из керамики, слоя пленок из алюминия для каждого из электродов, пленку последующего второго слоя из металла, выбранного из группы Al, Ti, Sn для одного из электродов и последующего второго слоя из Ag для другого электрода, а также нанесения на поверхность второго слоя каждого из электродов и в промежуток между электродами на поверхность керамической подложки подвергнутой после ее нанесения совместно со всеми слоями и керамической подложкой отжигу на воздухе при температуре 400°С в течение 10 мин пленки линейно-цепочечного углерода, полученной путем осаждения в вакууме графита, испаряемого импульсным дуговым разрядом с помощью плазмы, создаваемой дуговым разрядом вне области разрядного промежутка в виде компенсированных бестоковых форсгустков углеродной плазмы плотностью 5⋅1012-1⋅1013 см-3, длительностью 200-600 мкс, частотой следования 1-5 Гц, при стимуляции углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, направленного перпендикулярно потоку углеродной плазмы.Технический результат: обеспечение возможности увеличения чувствительности, и диапазона определения влажности.

Полупроводниковый газоанализатор оксида углерода // 2666576

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Газовый датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку 2, выполненное из поликристаллической пленки ZnTe полупроводниковое основание 1. Изобретение при существенном упрощении технологии изготовления газового датчика позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 4 ил.