Полупроводниковый газочувствительный датчик

Авторы патента:

G01N27/14 - электрически нагреваемого тела в зависимости от изменения температуры

Владельцы патента RU 2759908:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" (RU)

Изобретение относится к анализу материалов, в частности для определения содержания водорода и водородсодержащих газов и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов. Техническим результатом заявляемого решения является повышение чувствительности определения водородсодержащих газов в 4÷10 раз при расширении диапазона измерения концентраций водородсодержащих газов до 0,0001 об.% и упрощении конструкции датчика. Указанный технический результат достигается тем, что предложен полупроводниковый газочувствительный датчик, содержащий: подложку с расположенной с одной стороны газочувствительной пленкой, измерительные электроды, размещенные на газочувствительной пленке, нагреватель, расположенный на противоположной стороне подложки, при этом газочувствительная пленка выполнена из материала (In₂O₃)_0,45(Ga₂O₃)_0,45 (InGaO₃)_0,1. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к анализу материалов, в частности к определению содержания водорода и водородсодержащих газов и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов.

Известен термохимический датчик (патент РФ №2483297), содержащий измерительную схему из рабочего и сравнительного элемента, каждый из которых выполнен в виде резистора, изготовленного в виде нагревательной спирали, запеченной внутри пористого носителя, в рабочем элементе которого пористый носитель покрыт каталитически активным слоем, а в сравнительном элементе пористый носитель покрыт каталитически неактивным слоем, отличающийся тем, что в рабочем элементе между пористым носителем и каталитически активным слоем находится промежуточный слой состава BaO(CeO)_0,9(Nd₂O₃)_0,1, а в качестве материала каталитически активного слоя используется состав (La₂O₃)_0,6(SrO)_0,4MnO₂.

Недостатком данного решения является: сложность изготовления многослойной структуры; минимальная определяемая концентрация водородсодержащих газов до 0,5 об. %.

Известен полупроводниковый газовый сенсор (патент РФ №2509303), содержащий корпус реакционной камеры, с торца закрытый сеткой, в котором на контактных проводниках установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент, внутри которого размещен нагреватель в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента расположен прямой измерительный проводник, согласно решения корпус реакционной камеры выполнен из коррозионно-стойкой стали, сетка выполнена из проволоки нержавеющей стали диаметром 0,03-0,04 мм шагом 0,06-0,08 мм, газочувствительный элемент расположен по центру реакционной камеры, нагреватель и измерительный проводник газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,01-0,02 мм, нагреватель имеет 2-7 витка проволоки, шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент имеет диаметр 0,4-0,8 мм и выполнен из смеси оксида олова SnO₂: 5-95 мас. % и оксида индия In₂O₃: 5-95 мас. %.

Недостатком данного решения являются: низкая чувствительность для определения малой концентрации водородсодержащих газов.

Технической задачей заявляемого решения является повышение чувствительности определения концентрации водородсодержащих газов.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение чувствительности определения водородсодержащих газов в 4-10 раз при расширении диапазона измерения концентраций водородсодержащих газов до 0,0001 об. % и упрощении конструкции датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен полупроводниковый газочувствительный датчик содержащий: подложку с расположенной с одной стороны газочувствительной пленкой, измерительные электроды, размещенные на газочувствительной пленке, нагреватель, расположенный на противоположной стороне подложки, при этом газочувствительная пленка выполнена из материала (In₂O₃)_0,45(Ga₂O₃)_0,45(InGaO₃)_0,1.

Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что проводимость основого материала газочувствительного слоя (In₂O₃) зависит от равновесной концентрации адсорбированного на его поверхности кислорода, а на поверхности рассредоточенных в его объеме кристаллитов InGaO₃ высока скорость протекания реакций окисления горючих газов, в результате которых уменьшается концентрация поверхностного кислорода и увеличивается проводимость основного материала (In₂O₃). Взаимодействие между двумя фазами газочувствительной пленки происходит за счет миграции ионов кислорода с поверхности основного материала на поверхность каталитически-активного материала. При этом кристаллиты Ga₂O₃, распределенные по объему газувствительной пленки, служат для уменьшения количества путей электронного транспорта, что приводит к уменьшению базовой проводимости пленки и увеличению чувствительности датчика на ее основе.

На фиг. 1. представлен общий вид конструкции полупроводникового газочувствительного датчика. Полупроводниковый газочувствительный датчик содержит подложку - 1 с расположенной с одной стороны газочувствительной пленкой - 2, контактные электроды, размещенные на газочувствительной пленке, - 3, нагреватель, расположенный на второй стороне подложки, - 4, термопару - 5.

Датчик работает следующим образом: на нихромовый нагреватель, подается рабочее напряжение. Температура газочувствительной пленки достигает рабочей Т_р (500-600°С). При наличии в окружающей среде детектируемого газа сначала происходит адсорбция его молекул на кристаллитах InGaO₃, находящихся в газочувствительной пленке. Благодаря каталитическим свойствам поверхности InGaO₃ происходит их разложение на ионы, включая катионы, часть которых мигрирует по поверхности кристаллитов, в том числе переходит на поверхность кристаллитов In₂O₃. Далее катионы взаимодействует с адсорбированным там же кислородом, и происходит реакция их окисления. Это приводит к уменьшению концентрации поверхностного кислорода, в результате чего увеличивается проводимость кристаллитов In₂O₃, что определяется как возросшая проводимость газочувствительного датчика.

В таблице 1. представлены зависимости выходного сигнала полупроводникового газочувствительного датчика от концентрации этанола (С₂Н₅ОН), ацетона (C₃H₆O), аммиака (NH₃), пропана (С₃Н₈) в диапазоне от 0 до 40 об. %.

Таким образом, решается техническая задача повышения чувствительности определения концентрации водородсодержащих газов.

Полупроводниковый газочувствительный датчик, содержащий подложку с расположенной с одной стороны газочувствительной пленкой, измерительные электроды, размещенные на газочувствительной пленке, нагреватель, расположенный на второй стороне подложки, при этом газочувствительная пленка выполнена из материала (In₂O₃)_0,45(Ga₂O₃)_0,45 (InGaO₃)_0,1.

Использование: для неразрушающего контроля. Сущность изобретения заключается в том, что система для неразрушающего контроля содержит средства сопряжения с испытуемым изделием и средства сопряжения с эталонным изделием.

Самолетный датчик полной водности // 2735908

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано для определения полной водности облаков на самолетах метеолабораториях. Самолетный датчик полной водности содержит корпус с последовательно соединенными чувствительными горячими элементами, расположенными в средней части внутреннего корпуса из текстолита, причем каждый элемент состоит из стального стержня диаметром два мм с намотанной на него никелевой проволокой, причем элементы располагаются в шахматном порядке с возможностью обеспечения захвата всей массы воды и кристаллов в набегающем на датчик потоке воздуха.

Газочувствительный детектор // 2718133

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения различных веществ в газовой среде. Газочувствительный детектор содержит плату-носитель с размещенными на ней n микрочипами, расположенными по периметру платы-носителя относительно друг друга с равными промежутками, каждый микрочип включает диэлектрическую подложку, при этом на фронтальной стороне диэлектрической подложки размещены соединенные между собой газочувствительный слой и контактные площадки, на обратной стороне диэлектрической подложки размещены соединенные между собой нагревательный элемент и контактные площадки нагревательного элемента.

Газовый сенсор для индикации летучих органических соединений // 2717698

Использование: для контроля качества воздуха, обнаружения летучих органических соединений. Сущность изобретения заключается в том, что газовый сенсор для индикации летучих органических соединений состоит из ультрафиолетового светодиода и изолирующей подложки из поликристаллического Al2O3, на которую нанесены платиновые измерительные электроды и чувствительный слой, при этом чувствительный слой выполнен в виде нанесенной тонкой пленки диоксида титана толщиной 10-50 нм на слой нанокристаллического диоксида олова или оксида цинка.

Способ и устройство для бесконтактного определения удельного электросопротивления металлов в области высоких температур // 2687504

Изобретение относится к области физики, а именно к анализу материалов путем бесконтактного определения удельного электросопротивления нагреваемого в индукторе высокочастотного индукционного генератора металлического образца цилиндрической формы в диапазоне температур 1000-2500 К. В предлагаемом способе принцип измерения базируется на зависимости от удельного электрического сопротивления материала образца цилиндрической формы величины электродвижущей силы, индукционно наведенной на одном круговом витке многовитковой катушки, коаксиально расположенной посередине образца, помещенного в электромагнитное поле, создаваемое высокочастотным индукционным генератором.

Устройство бесконтактного определения вязкости образцов металлических расплавов // 2668958

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для определения, контроля и измерения физических параметров веществ, и предназначено для бесконтактного измерения кинематической вязкости образцов высокотемпературных металлических расплавов, выполненных, например, на основе железа, путем регистрации и последующего определения параметров затухания крутильных колебаний цилиндрического тигля с образцом расплава.

Способ термического анализа полимеров // 2653153

Изобретение относится к области термических методов анализа полимеров и может быть использовано для анализа электропроводности полимеров от условий его нагрева. Заявлен способ термического анализа полимеров, включающий нагрев исходного образца полимера в инертной среде, определение и анализ его свойства за счет структурных изменений в полимере.

Устройство для определения параметров ленточных сверхпроводников // 2628452

Использование: для определения физических свойств сверхпроводников. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения параметров ленточных сверхпроводников включает генератор, частотозадающий элемент генератора, соединенную с генератором катушку индуктивности, приемник, частотозадающий элемент приемника и соединенную с приемником катушку индуктивности, катушки индуктивности генератора и приемника расположены с зазором, обеспечивающим возможность размещения между катушками индуктивности ленточного сверхпроводника, а полосы пропускания частот частотозадающих элементов генератора и приемника совпадают не менее чем на половине ширины полосы частот частотозадающего элемента, имеющего меньшую ширину пропускания.

Способ электрометрического измерения производной химического потенциала по температуре и устройство для его осуществления // 2617149

Изобретение относится к области электрометрического анализа химического потенциала μ c помощью модуляции температуры T и может быть использовано для исследования характеристик имеющихся и для конструирования новых элементов наноэлектроники. Предложен способ измерения ∂μ/∂T, который позволяет измерить ∂S/∂n в двумерных системах с изменяемой концентрацией n.

Способ анализа состава газовой среды // 2586446

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к способам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей. Задачей изобретения является разработка способа анализа состава газовой среды путем измерения полного сопротивления (импеданса) газочувствительного полупроводникового слоя, сегментированного набором компланарных электродов в составе мультисенсорного чипа, при воздействии различных газовых сред, позволяющего проводить их качественное распознавание.

Тигельное устройство // 2763925

Изобретение относится к устройствам для контроля и измерения физических параметров веществ. Тигельное устройство содержит несущий металлический контейнер, металлическую первую крышку, расположенную в верхней части вышеуказанного контейнера, и стержни крепления, посредством которых контейнер и первая крышка коаксиально подвешены в высокотемпературной зоне нагрева вертикальной электропечи. Также коаксиально размещен в этом контейнере керамический тигель с расплавом. Устройство содержит вторую осесимметричную крышку переменного диаметра, выполненную из керамики, которая в своей верхней части выполнена в виде шайбы, размещенной на расстоянии H1 под первой крышкой. Эта шайба коаксиально установлена на верхней части керамического тигля. Вторая крышка нижней частью размещена внутри тигля и выполнена в виде осесимметричного тела меньшего по сравнению с верхней частью диаметра, высотой H2, значение которой больше, чем вышеотмеченное расстояние H1. При этом торец нижней части второй крышки расположен над расплавом в тигле. Техническим результатом является уменьшение возможности выплескивания изучаемого расплава из тигельного устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.