Способ анализа газов

 

Изобретение относится к газовому анализу и может использоваться при определении состава газовой атмосферы с помощью полупроводниковых чувствительных элементов. Изобретение позволяет повысить быстродействие анализа и расширить класс анализируемых веществ. Анализ производится путем подачи анализируемого газа на поверхность диода с барьером Шоттки. На барьерообразующий элект-. род подают напряжение, превьппающее пороговое значение автоколебаний обратного тока. По изменению частоты автоколебаний судят о концентрации анализируемого компонента. 2 нл. § (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 7 А1 (51) 4 С О1 N

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В ( (56) Патент С111А Ф 3831432, кл. G 01 N 27/02, 1974.

Патент СИА Р 4058368, кл. G 01 Н 27/02, 1977. (21) 381 9388/24-25 (22) 14. 11 .84 (46) 23.06.86.Бюл. Ф 23 (71) Научно-производственное объе.динение космических исследований при АН -АЗССР (72) А.Г, Абдуллаев, А.В.Евдокимов, М.Н.Муршудли и Т.А.Габузян (53) 543.274 (088.8) (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ГАЗОВ (57) Изобретение относится к газовому анализу и может использоваться при определении состава газовой атмосАеры с помощью полупроводниковых чувствительных элементов. Изобрете- ние позволяет повысить быстродействие анализа и расширить класс анализируемых веществ. Анализ производится путем подачи анализируемого газа на поверхность диода с барьером

Шоттки. На барьерообраэуунций электрод подают напряжение, превышающее пороговое значение автоколебаний об ратного тока. По изменению частоты автоколебаний судят о концентрации анализируемого компонента, 2 ил.

1239576

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к измерению концентрации газа с помощью полупроводниковых чувствительных элементов. 5

Целью изобретения является повышение быстродействия процесса анализа и расширение класса анализируемых газов, На фиг.I и 2 приведено устройство, !

О с помощью которого осуществляется предлагаемый способ.

На фиг.1и2 обозначено: :1 — активный полупроводниковый слой, 2 изолирующая подложка, 3 — маскирующий окисел, 4 — барьерообраэующий электрод, выполненный в виде периодической структуры, 5 — омический контакт, 6 — открытая поверхность с естественным окислом, 7 — область пространственного заряда, экранированная металлом, 8 †граница раздела металл-полупроводник, выходя.щая на поверхность, 9 — область повышенной концентрации носителей. !

Способ анализа газов основан на использовании диода с барьером Шоттки и состоит в том, что подают ана.лизируемый газ на поверхность диода и измеряют изменение параметров обратного тока. На барьерообразую щий элемент подают напряжение, превышающее.пороговое значение генерации автоколебаний обратного тока, измеряют изменение частоты автоколебаний, по величине которого судят о концентрации анализируемого компонента в газе. В основу изобретения положен эффект генерации автоколебаний тока в обратносмещенных диодных 40 структурах с барьером Шоттки, в кото. рых граница раздела металл-полупро° водник выведена непосредственно на поверхность, контактирующую с внешней средой. Это позволяет исключить

45 необходимость протекания каталитической реакции между анализируемыми компонентами газа и металлом барье рообразующего электрода и.последующую диффузию через него атомов анализируемого газа, в результате чего существенно повышается быстродействие процесса газового анализа. Кроме того, поскольку различным газам . соответствует строго определенное 55 значение порогового напряжения, при превышении которого возникают авто.колебания тока, расширяется класс газов, анализируемых с помощью одного газочувствительного элемента. Это пороговое напряжение определяют заранее, на стадии калибровки газо- чувствительного элемента.

При приложении отрицательного смещения к барьерообразующему электроду 4 на открытой поверхности элемента 6 адсорбируются молекулы газов окружающей среды. При этом область пространственного заряда 7 обедняется основными носителями и на открытой поверхности 6, контактирую" щей с внешней средой, в зависимости от природы и заряда адсорбирующихся молекул (донорного или акцепторного типа) она-расширяется в большей или меньшей степени или компенсируется. При быстром росте . приложенного смещения, когда "медленные" поверхностные состояния не

L успевают перезаряжаться, растет ток через канал, образованный в приповерхностной области активного полупроводникового слоя .1 вследствие адсорбции молекул газов окружающей среды и шунтирующий переход металл полупроводник, При этом расширяется область пространственного заряда 7, увеличивается длина канала, и при достиженин,напряжения смещения величины 0„ (критического состояния), при котором напряженность поля в приповерхностной области становится критической, возникает пробой перехода металл — полупроводник через канал . В момент пробоя по цепи проходит большой ток, на базовом сопро-. тивлении элемента (или сопротивления нагрузки) падает большое напряжение, и, таким образом, общее напряжение цепи перераспределяется так, что напряженность поля в приповерхностной области уменьшается и ток цепи через элемент падает. После падения тока ниже критического . приповерхностные состояния, ионизированные в результате поверхностной рекомбинации электронов и дырок при пробое, снова начинают заполняться вследствие адсорбции молекул газов окружающей среды, и весь процесс повторяется. Измерение параметра возникающего автоколебательного процесса. — частоты изменения величины обратного тока -позволяет, таким образом, зафиксировать изменение газового состава окружающей среды.

12395Э6

Пример. Изготавливают газо— чувствительный элемент на основе эпитаксиальной структуры. После химической обработки структуры на эпитаксиальном слое (16 мкм) в атмосфере сухого и влажного кислорода при

1150 С наращивают термический окисел толщиной около 0,5 мкм. Затем методом фотолитографии в окисле вскрывают окна под омический контакт и проводят диффузию фосфора в подконтактную область (температура

1050ОС, глубина диффузии 1,5 мкм, поверхностная концентрация примеси

5 10 см «) . После диффузии вскрывают. окна под выпрямляющий контакт (диаметр окна 0,6 мкм}, Для создания выпрямляющего и омического контактов в вакууме от 5 10 до I ° 10 Па на нагретую до 200 С структуру напыляют. слой алюминия толщиной 0,8-1 мкм, после чего методом фотолитографии формируют оба контакта в виде, представленном на чертеже (фиг.l и 2): диаметр активной области 0,6 мм, расстояние между полосами 50 мкм, шаг решетки 100 мкм. Отжиг готовых структур производится в атмосфере о азота при 510 С в течение 30 мин.

Для измерения концентрации:аммиака в воздухе газочувствительный элемент включают в схему, состоящую иэ источника питания, последовательно включенного нагрузочного сопротивления (- I кОм), сигнал с которого записывался самописцем.

После подачи на поверхность гаэочувствительного элемента гаэовоздушной смеси к барьерообразующему электIð роду прикладывают отрицательное смещение 4,2 В и измеряют соответствующую частоту автоколебаний, по вели- чине которой судят о концентрации аммиака в воздухе.

Формула изобретения

Способ анализа газов, основанный на использовании диода с барьером

20 Шоттки, включающий в себя подачу анализируемого газа на поверхность диода и измерение параметров обратного тока, о т л и ч а ю щ и.й с я тем, что, с целью повышения быстро25 действия анализа и расширения класса анализируемых газов, на барьерообразующий электрод подают напряжение, превышающее пороговое значение генерации автоколебанжФ, по ве3g личине которого судят о концентрации анализируемого компонента в газе.

1239576

Составитель В.Екаев

Редактор В.Иванова Техред JI.ÎëeHHHê Корректор Е.Рошко

Заказ 3388/42 Тираж 778 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полйграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4