Резистивный газовый датчик

 

Использование: в аналитической технике, в частности в полупроводниковых резистивных газовых датчиках. Сущность изобретения: датчик содержит кремниевую подложку с диэлектрической мембраной, на которой между измерительными электродами сформирован газочувствительный слой, и окружающий электроды пленочный кольцевой нагреватель. Внутренний измерительный электрод выполнен в виде кольца, центр которого совпадает с центром мембраны и центром пленочного нагревательного элемента, выполненного в виде незамкнутого кольца, являющегося одновременно внешним измерительным электродом. 2 ил.

Изобретение относится к аналитическим приборам, а именно к полупроводниковым датчикам химического состава газа.

Известна конструкция газового датчика [1] содержащая кремниевую подложку, в которой сформирована мембрана, на которой последовательно выполнены нагреватель и газочувствительный элемент. Для данного датчика характерна сложность исполнения нагревателя и газочувствительного элемента.

Известна конструкция датчика состава газа [2] содержащая пластину кремния, в центральной части которой сформирован датчик температуры и газочувствительный элемент. Недостатком датчика является сложность конструкции.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является резистивный газовый датчик [3] содержащий кремниевую подложку с выполненной на ней мембраной из двуокиси кремния или нитрида кремния, на которой сформированы газочувствительный слой с измерительными электродами и окружающий их пленочный кольцевой нагревательный элемент. В данной конструкции расположение элементов датчика требует увеличения размеров мембраны, и следовательно, снижает ее механическую прочность и повышает потребляемую пленочным нагревательным элементом мощность, что в результате приводит к снижению надежности датчика.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и снижение потребляемой мощности.

Результат достигается тем, что в резистивном газовом датчике, содержащем кремниевую подложку с диэлектрической мембраной, на которой между измерительными электродами сформирован газочувствительный слой, внутренний измерительный электрод выполнен в виде кольца, центр которого совпадает с центром симметрии мембраны и центром внешнего измерительного электрода, выполненного в виде незамкнутого кольца, являющегося одновременно нагревательным элементом.

На фиг.1 изображен разрез по А-А датчика на фиг.2; на фиг.2 датчик, вид в плане.

Датчик содержит кремниевую подложку 1 с выполненной на ней мембраной 2, на которой сформированы внешний измерительный электрод 3 с пленочным контактами 4 и 5, газочувствительный слой 6 и внутренний измерительный электрод 7 с контактной площадкой 8.

Датчик работает следующим образом. К пленочным контактам 4, 5, внешнего измерительного электрода 3 прикладывается напряжение U, величина которого выбирается в зависимости от рабочей температуры газочувствительного слоя 6 и от сопротивления внешнего электрода, являющегося одновременно нагревательным элементом 3. При заданной топологии элемента 3 температура газочувствительного слоя 6 практически постоянна по его поверхности и равна температуре на внутренней кромке элемента 3. Равномерность температуры газочувствительного слоя обусловлена радиальной симметрией нагревателя. В присутствии газовой среды сопротивление газочувствительного слоя зависит от концентрации регистрируемой компоненты газа. Сопротивление газочувствительного слоя регистрируется блоком обработки результатов (не показан), подключаемым к пленочным контактам 4 (или 5) и 8. Особенностью заявляемой конструкции является использование внешнего электрода газочувствительного слоя одновременно в качестве нагревательного элемента.

За счет совмещения функций электрода газочувствительного слоя и нагревательного элемента упрощаются конструкция и технология изготовления датчика, снижается расход драгметаллов и уменьшаются механические нагрузки на мембрану.

Уменьшение внешнего радиуса нагревателя (за счет исключения отдельного нагревательного элемента и промежутка между ним и электродом газочувствительного слоя) приводит к увеличению его теплового сопротивления и снижению потребляемой мощности.

Ввиду уменьшения размеров мембраны достигается повышение механической прочности и устойчивости резистивного газового датчика к термомеханическим воздействиям. Формирование на мембране пленочных слоев с осесимметричной топологией приводит к снижению градиентов температуры в мембране, что дополнительно приводит к повышению надежности датчика. С этой точки зрения более предпочтительным является выполнение круглой мембраны.

Формула изобретения

РЕЗИСТИВНЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК, содержащий кремниевую подложку с диэлектрической мембраной, на которой расположены измерительные электроды, газочувствительный слой, сформированный между электродами, и нагревательный элемент, отличающийся тем, что внутренний измерительный электрод выполнен в виде кольца, центр которого совпадает с центром симметрии мембраны и центром внешнего измерительного электрода, выполненного в виде незамкнутого кольца и являющегося одновременно нагревательным элементом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2