Полупроводниковый датчик диоксида азота

Авторы патента:

G01N27/125 - Исследование или анализ материалов с помощью электрических, электрохимических или магнитных средств (G01N 3/00-G01N 25/00 имеют преимущество; измерение переменных электрических или магнитных величин и исследование электрических или магнитных свойств материалов G01R)

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

Владельцы патента RU 2774643:

Федеральное государственное автономное 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 диоксида азота. Изобретение может быть использовано в экологии. Согласно изобретению предложен полупроводниковый датчик диоксида азота, состоящий из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора состава (InAs)_0,06(CdTe)_0,94, которая нанесена на непроводящую подложку. Изобретение при существенном упрощении технологии изготовления датчика диоксида азота позволяет определять содержание диоксида азота с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 1 табл., 2 ил.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987. - 287 с). Однако, чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается на вещества с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа диоксида азота точность определения невысока.

Известен также датчик (сенсор) диоксида азота, состоящий из подложки, выполненной из поликристаллического Al₂O₃, чувствительного слоя в виде тонкой пленки из нанокристаллического диоксида олова, в который дополнительно введены наночастицы оксида никеля и золота, и платиновых электродов (Патент RU№ 2464554 М. кл. G01N 27/12, опубл. 20.10.2012). Газовый сенсор для индикации диоксида азота/А.М. Гаськов, М.Н. Румянцева, 2012), позволяющий определять содержание диоксида азота с большей чувствительностью, но имеющий ряд недостатков.

Недостатками известного устройства являются низкая селективность по отношению к NO₂ (проявляет чувствительность и к СО), сложность конструкции, относительно высокая (по сравнению с комнатной) рабочая температура (125-200 °С), использование драгоценных металлов (Au, Pt), длительность и трудоемкость (сложность) его изготовления: формирование пленки чувствительного элемента происходит в несколько стадий, включая получение геля оловянной кислоты, промывку и сушку, модификацию поверхности диоксида олова золотом и оксидом никеля, сушку и последующую прокалку в температурном режиме: 80°С - 24 ч, 120°С - 10 ч, 160°С - 10 ч, 200°С - 10 ч, 300°С - 10 ч и 350°С - 24 ч, нанесение платиновых электродов. Осуществление такого способа изготовления газового сенсора, отличающегося многостадийностью технологических операций, сопряжено с большими временными затратами.

Ближайшим техническим решением к изобретению (прототипом) (патент RU №2437087, опубл.20.12.2011г.) является газовый датчик, состоящий из полупроводникового основания, выполненного из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного сульфидом кадмия, и подложки, которой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.

Недостатками такого устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей диоксида азота. Кроме того, конструкция устройства предусматривает в процессе его изготовления разработки специальной технологии, режима, программы температурного контроля и сам процесс легирования антимонида индия; операции напыления металлических электродов и прямых трудоемких адсорбционных измерений.

Техническим результатом изобретения является создание датчика, характеризующегося повышенной чувствительностью и технологичностью его изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание, нанесенное на электродную площадку пьезокварцевого резонатора, согласно изобретению, полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора состава (InAs)_0,06(CdTe)_0,94 нанесенной на непроводящую подложку.

Сущность изобретения поясняется чертежом и таблицей, где представлены:

на фиг. 1 - конструкция заявляемого датчика;

на фиг. 2 - градуировочная кривая зависимости изменения pH изоэлектического состояния поверхности (∆pH_изо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления NO₂(P_NO2);

в таблице - данные по влиянию диоксида азота на pH изоэлектрического состояния поверхности (∆pH_изо) твердого раствора (InAs)_0,06(CdTe)_0,94.

Таблица демонстрирует заметное влияние диоксида азота на pH_изо поверхности полупроводникового основания - поликристаллической пленки твердого раствора (InAs)_0,06(CdTe)_0,94, а градуировочная кривая наглядно указывает на высокую чувствительность полупроводникового основания к диоксиду азота.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки (InAs)_0,06(CdTe)_0,94, 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 pH изоэлектрического состояния и, соответственно, 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 диоксида азота газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (InAs)_0,06(CdTe)_0,94 происходит избирательная адсорбция молекул NO₂ и изменение pH изоэлектрического состояния поверхности. С помощью градуировочных кривых можно определить содержание диоксида азота в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг. 2 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ∆pH_изо от содержания диоксида азота (P_NO2), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание диоксида азота с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. Существенное упрощение технологии изготовления датчика обусловлено исключением разработки специальной технологии, режима, программы температурного контроля, самого процесса легирования полупроводникового основания, а также исключением операций нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов и трудоемких измерений адсорбции.

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 характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.

Таблица

Значения pH изоэлектрического состояния поверхности твердого раствора (InAs)_0,06(CdTe)_0,94 при различных обработках

Значения pH изоэлектрического состояния (рН_изо) поверхности твердого раствора (InAs)_0,06(CdTe)_0,94
Экспонирование на воздухе	Экспонирование в аргоне	Экспонирование в диоксиде азота
6,25	5,75	4,45

Полупроводниковый датчик диоксида азота, содержащий полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (InAs)_0,06(CdTe)_0,94.

Изобретение относится к средствам индикации мелкодисперсных частиц (МЧ) нано и микронного размера в суспензии: белков, вирусов, бактерий и может быть использовано в области медицины, вирусологии, микробиологии, биотехнологии, токсикологии, биологии. Биосенсор для индикации биопатогенов включает кристалл кремния в виде подложки, на котором расположены проводящие электроды, представляющие собой исток и первый сток транзистора, чувствительный элемент, представляющий собой первый нанопровод, выполненный в тонкопленочной структуре кремний-на-изоляторе на кремниевой подложке и размещенный между двумя проводящими электродами истока и стока с образованием канала транзистора, диэлектрические покрытия, обеспечивающие изоляцию проводящих электродов.

Датчик микропримесей аммиака // 2772443

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Датчик микропримесей аммиака содержит полупроводниковое основание и подложку, при этом полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdS)0,67(CdTe)0,33, нанесенной на подложку, выполненную в виде электродной площадки пьезокварцевого резонатора.

Внутритрубный многоканальный профилемер с использованием вихретоковых датчиков // 2772075

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля магистральных трубопроводов на основе вихретоковой дефектоскопии. Технический результат заключается в повышении точности дефектоскопии.

Гигрометр // 2771917

Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах, предназначенных для измерения объемной доли влаги в газах. Предложен гигрометр, содержащий штуцер ВХОД ГАЗА, постоянное пневмосопротивление, стабилизатор давления «до себя», кулонометрическую ячейку, электронную схему управления, штуцер ВЫХОД ГАЗА, ручку регулировки расхода газа через кулонометрическую ячейку.

Экспресс-способ определения цефтриаксона в плазме крови и смешанной слюне больных covid-19 // 2771851

Изобретение относится к медицине, а именно к аналитической химии, ионометрии, и может быть использовано для определения цефтриаксона в смешанной слюне и плазме крови. Осуществляют осаждение, удаление белков и форменных элементов, построение и определение концентраций антибиотика по градуировочному графику ЭДС, мВ.

Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе // 2771786

Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе относится к средствам мониторинга окружающей среды, а именно к средствам контроля концентрации газов в окружающем воздухе. Задача изобретения состоит в контроле концентрации газов в воздухе в реальных условия при наличии широкого спектра газов.

Способ мониторинга динамики развития грибной болезни земляники садовой // 2769994

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для мониторинга и раннего обнаружения грибных болезней садовых культур непосредственно на их плантациях, при проведении мероприятий по их защите. Согласно заявленному способу на одном растении для определения реактивных сопротивлений выбирают одну здоровую листовую пластинку одного тройчатополостного листа растения, на которую перпендикулярно от центральной жилки налагают две идентичные тетраполярные электродные системы с двумя токовыми и двумя измерительными электродами.

Устройство фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов // 2766423

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля для фиксации положения и измерения размеров малоразмерных металлических включений (ММВ). Устройство фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов снабжено дополнительным вихретоковым преобразователем, идентичным первому вихретоковому преобразователю, выходы измерительных катушек которого соединены с соответствующими входами первого коммутатора, и снабжено дополнительным коммутатором, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами вихретоковых преобразователей, являющимися входами возбуждающих катушек, а вход дополнительного коммутатора соединен с выходом генератора гармонических колебаний, при этом в микропроцессоре реализован алгоритм определения положения и размеров малоразмерных металлических включений посредством фиксации значений величин сигналов максимального вносимого напряжения Umax и минимального вносимого напряжения Umin и сравнения их со значениями из набора плоскостей состояния, находящегося в памяти микропроцессора.

Способ изготовления гибкого датчика влажности // 2764380

Изобретение может найти применение в изготовлении широкого спектра гибких электронных приборов и изделий, в частности датчиков влажности резистивного типа. Способ изготовления гибкого датчика влажности включает создание мультиграфеновой пленки на гибкой подложке, на которой формируют электропроводящую структуру, при этом в качестве гибкой подложки используют участок ткани, предварительно обработанный адгезионным составом, для чего ткань пропитывают в растворе адгезионного состава, например водном растворе бычьего сывороточного альбумина, и просушивают при комнатной температуре до получения постоянной массы, например, в течение 18±1 часов, после чего на поверхности подложки осаждают слои оксида графена путем окунания подложки с адгезионным слоем в водной суспензии оксида графена, предварительно подвергнутой ультразвуковому воздействию, и последующей сушки при комнатной температуре до получения постоянной массы, например, не менее 12 часов и восстанавливают мультиграфеновую пленку в парах гидразина гидрата в герметичной емкости при температуре 60±5°С в течение 60±10 мин с последующей сушкой при комнатной температуре до получения постоянной массы, например, не менее 12 часов.

Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов свинца // 2762370

Изобретение относится к ионометрии, а именно к разработке составов мембран с ионной проводимостью для ионоселективных электродов, избирательных к ионам свинца. Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов свинца включает поливинилхлорид в качестве полимерной матрицы, дибутилфталат в качестве пластификатора, липофильную добавку и электродоактивный компонент, при этом в качестве липофильной добавки используют дигидрат тетракис(4-фторфенил)бората натрия, в качестве электродоактивного компонента - 1-(метоксидифенилфофорил)-2-дифенилфосфорилбензол, при следующих соотношениях мембранных компонентов, мас.

Датчик микропримесей аммиака // 2772443