Полупроводниковый датчик оксида углерода
Владельцы патента RU 2739146:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) (RU)
Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Предложен полупроводниковый датчик оксида углерода, который состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdTe)0,25(CdSe)0,75 и подложки, которой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Датчик, выполненный согласно изобретению, позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков при существенном упрощении технологии его изготовления. 3 ил.
Изобретение относится к области газового анализа, в частности, к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода и других газов. Изобретение может быть использовано в экологии.
звестен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров анализируемого вещества и газа-носителя (Вихиряев 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 (Yamaura Hiroyuki, Tamaki Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yamazoe Noboru // J. Electrochem. Soc. – 1996. – V. 43. N 2. P. 36-37). Он позволяет детектировать 6,7 – 0,05 Па CO 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 RU №2206083 М. Кл. G 01 №27/12, опубликовано 10.06.2003)
Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операции напыления металлических электродов.
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, согласно изобретению, полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки полупроводникового твердого раствора состава (CdTe)0,25(CdSe)0,75.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: на фиг.1 – конструкция заявляемого датчика, на фиг. 2 – кривые зависимости величины адсорбции оксида углерода от температуры при различных начальных давлениях (РСО), на фиг. 3 – градуировочная кривая зависимости изменения величины адсорбции (∆б) на полупроводниковой пленке от давления оксида углерода (РСО) при комнатной температуре. Кривые на фиг. 2 демонстрируют заметную адсорбцию оксида углерода на поверхности полупроводникового основания уже при комнатной температуре, увеличивающуюся с ростом начального давления (б1(СО)>б2(СО)); градуировочная кривая на фиг. 3 наглядно демонстрирует высокую адсорбционную чувствительность полупроводникового основания к оксиду углерода.
Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе теллурида и селенида кадмия – (CdTe)0,25(CdSe)0,75, нанесенной на электродную площадку 2 пьезокварцевого резонатора 3 (фиг. 1).
Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора, и вызывающих изменение его массы (соответственно частоты колебания), пропорционально изменению величины адсорбции (∆б).
Работа датчика осуществляется следующим образом.
Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают анализируемый газ на содержание оксида углерода. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (CdTe)0,25(CdSe)0,75 происходит избирательная адсорбция молекул СО, увеличение массы композиции «пленка – кварцевый резонатор» и изменение частоты колебания последнего, соответствующего величине адсорбции. По изменению величины адсорбции (с изменением давления СО) 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 изменения величины адсорбции от содержания оксида углерода (РСО), следует: заявляемый датчик, при существенном упрощении технологии его изготовления, позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков.
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 (CdTe)0,25(CdSe)0,75, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.
