Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке



Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке
Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке

Владельцы патента RU 2625096:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) (RU)

Изобретение относится к способу изготовления газовых датчиков и применяется для получения газочувствительного материала, который выполнен на основе диоксида титана, нанесенного на сапфировую подложку, и предназначен для регистрации содержания микропримесей оксида углерода и кислорода. Способ получения газочувствительного материала на сапфировой подложке, заключающийся в том, что из пленкообразующего раствора тетраизопропоксида титана получают газочувствительный материал на сапфировой подложке методом центрифугирования, который затем подвергают сушке и отжигу. Газочувствительный материал подвергают лазерному отжигу с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 50-100 нс и средней мощностью 80-100 Вт. Изобретение обеспечивает возможность повышения качества кристаллической структуры и стабильности газочувствительных характеристик пленки газочувствительного материала за счет модификации ее кристаллической и дефектной структуры в процессе лазерного отжига. 2 ил.

 

Изобретение относится к способу изготовления газовых датчиков и применяется для получения газочувствительного материала, который выполнен на основе диоксида титана, нанесенного на сапфировую подложку, и предназначен для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода (CO) и кислорода (O2).

Изобретение может быть использовано для получения чувствительного материала газового датчика для оповещения о пожаре, обнаружения концентраций опасных, токсичных и вредных веществ.

Известен способ (RU 2006845, G01N 27/12, 30.01.1994) изготовления чувствительного материала газового датчика, включающий:

- вакуумное напыление сплава олова и меди на изолирующую подложку;

- окисление полученной пленки.

Общим признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого изобретения, является то, что чувствительный материал получается из оксидных пленок и проявляет газочувствительные свойства.

Недостатком указанного способа является использование вакуумного напыления сплава олова и меди и последующее окисление полученной пленки, что приводит к образованию дефектов в ее структуре.

Известен способ получения полупроводникового материала для селективного детектора оксидов азота (RU 2143677, G01N 27/12, 27.12.1999), включающий:

- приготовление раствора, содержащего соль свинца, тиокарбамид, трехзамещенный лимоннокислый натрий, гидроокись аммония, йодистый аммоний;

- окунание диэлектрической подложки в раствор;

- формирование чувствительного слоя в результате осаждения в виде пленки сульфида свинца;

- термическая сушка газочувствительного материала.

Общими признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:

- приготовление раствора;

- получение пленки газочувствительного материала из раствора;

- термическую сушку газочувствительного материала.

Недостатком, препятствующим достижению необходимого технического результата, является использование для получения чувствительного материала растворов, представляющих собой многокомпонентную систему, а также длительность процесса осаждения, который осуществляется в течение 60-100 мин.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ получения газочувствительного материала для сенсора аммиака (RU 2310833, G01N 27/12, 20.11.2007), заключающийся в том, что раствор приготавливают из тетраэтоксисилана с введением азотнокислого серебра, оставляют для созревания, а затем методом центрифугирования формируют газочувствительный материал на кремниевой подложке, после чего подвергают его сушке и термическому отжигу в муфельной печи.

Признаком прототипа, совпадающим с существенными признаками предлагаемого изобретения, является то, что чувствительный материал получается химическим способом и включает следующие операции:

- приготовление раствора;

- получение пленки газочувствительного материала из раствора методом центрифугирования;

- термическую сушку и отжиг.

Недостатками прототипа являются использование азотно-кислого серебра и длительная термообработка кремниевой подложки с газочувствительным материалом в муфельной печи в диапазоне температур 370-750°C, что снижает качество газочувствительного материала.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества кристаллической структуры и стабильности газочувствительных характеристик пленки газочувствительного материала на основе диоксида титана на сапфировой подложке за счет модификации ее кристаллической и дефектной структуры в процессе лазерного отжига после нанесения пленкообразуещего раствора на сапфировую подложку методом центрифугирования.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что газочувствительный материал после нанесения методом центрифугирования на сапфировую подложку подвергают лазерному отжигу с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 50-100 нс и средней мощностью 80-100 Вт, что позволяет модифицировать его кристаллическую и дефектную структуру, приводя к повышению качества и стабильности газочувствительного материала (газового датчика).

Пример предложенного способа получения чувствительного материала на основе диоксида титана для газового датчика на сапфировой подложке

Приготовленный пленкообразующий раствор тетраизопропоксида титана наносится на сапфировую подложку толщиной 500-2000 мкм методом центрифугирования (скорость вращения 2000-3000 обмин, время нанесения 30 сек). Использование сапфировой подложки позволяет в дальнейшем проводить лазерный отжиг газочувствительного материала, поскольку подложки сапфира способствуют высокой адгезии к газочувствительному материалу и обладают высокой температурой плавления, химической и радиационной стойкостью, высокой твердостью и прозрачностью, что приводит к повышению качества и стабильности газочувствительного материала. После предварительной сушки в термошкафу при 100-120°C в течение 15-20 мин (удаляется растворитель и продукты гидролиза из пленки) проводят лазерный отжиг с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм (средняя мощность 80-100 Вт, скорость сканирования 1-10 мм/сек, температура пленки 500-600°C), необходимый для модификации кристаллической и дефектной структуры, повышения качества и стабильности газочувствительного материала. К тому же использование лазерного отжига позволяет сократить технологическое время получения газочувствительного материала по сравнению с существующими способами (отжиг в муфельной печи).

Таким образом, разработанный способ предусматривает получение тонкопленочного газочувствительного материала на основе диоксида титана на сапфировой подложке размером, например, 20×20×0,5 мм. На верхнюю сторону чувствительного элемента наносится тонкая (100-250 нм) пленка диоксида титана с платиновыми электродами (50-200 нм), а на нижней стороне формируется пленочный резистивный нагреватель на основе никеля (300-400 нм).

Изобретение поясняется фиг. 1-2. На фиг. 1 представлен технологический маршрут формирования газочувствительного материала на основе диоксида титана на сапфировой подложке. На фиг. 2 представлен пример исполнения топологии и 3D визуализация верхней и нижней сторон чувствительного элемента газового датчика на сапфировой подложке. Топология чувствительного элемента газового датчика включает контактно-металлизационную систему 1 (два платиновых электрода), контактирующую с газочувствительной полупроводниковой пленкой диоксида титана 2, и резистивный нагревательный элемент на основе никеля 3, электрически изолированный от пленки диоксида титана диэлектрической сапфировой подложкой 4.

Изобретение может быть использовано для получения газочувствительного материала на основе полупроводниковой пленки диоксида титана на сапфировой подложке, обладающей повышенным качеством кристаллической структуры и стабильностью газочувствительных характеристик при регистрации и измерении содержания микропримесей CO и O2. Изобретение может найти широкое применение при изготовлении чувствительных элементов для различных типов газовых датчиков, в том числе портативного характера, для оповещения о пожаре, обнаружения концентраций опасных, токсичных и вредных веществ (экологический мониторинг окружающей среды).

Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке, заключающийся в том, что из пленкообразующего раствора тетраизопропоксида титана получают газочувствительный материал на сапфировой подложке методом центрифугирования, который затем подвергают сушке и отжигу, отличающийся тем, что газочувствительный материал подвергают лазерному отжигу с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 50-100 нс и средней мощностью 80-100 Вт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания довзрывных концентраций метана в атмосферном воздухе, и может быть использовано в угольной, металлургической, коксохимической и атомной промышленности, а также в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть использовано для установления фальсификации молока водой. Способ предусматривает использование детектирующего устройства типа «электронный нос», матрицу которого формируют на основе четырех пьезосенсоров резонансного типа.

Изобретение относится к пищевой промышленности хлебобулочных и кондитерских изделий. Способ предусматривает использование детектирующего устройства «электронный нос» на основе массива из 8 пьезосенсоров с базовой частотой колебаний 10-15 МГц, электроды которых модифицируют покрытиями, чувствительными к спиртам, углекислому газу, для чего на электроды наносят пленки из ацетоновых и толуольных растворов, а также из хлороформной суспензии углеродных нанотрубок с общей массой каждого покрытия после удаления растворителя 4–10 мкг; регистрируют в режиме реального времени сигналы массива пьезосенсоров в виде площади «визуального отпечатка» (S(τ)); для этого взвешивают 2 пробы сухих пекарных дрожжей, переносят анализируемые пробы в пробоотборники, добавляют предварительно нагретую до 37 °С дистиллированную воду и перемешивают получившиеся растворы, далее измерения проводят следующим образом: через 5 мин газовым шприцем отбирают равновесную газовую фазу над одной пробой водной суспензии дрожжей, вкалывают в ячейку детектирования и фиксируют в течение 1 мин сигналы пьезосенсоров и S1(5), после очистки ячейки детектирования и пьезосенсоров в течение 1-2 мин повторно через 5, 10 и 15 мин отбирают по 1 см3 РГФ и фиксируют S1(10), S1(15), S1(20), через 10 минут от момента перемешивания проб во второй пробоотборник с водной суспензией дрожжей вводят раствор сахарозы, через 5 и 10 мин отбирают 1 см3 РГФ над пробой, фиксируют сигналы массива сенсоров и S2(15), S2(20) и рассчитывают изменения площадей «визуальных отпечатков» сигналов массива сенсоров для 15-й и 20-й минуты измерения (∆S(15) = S2(15) – S1(15), ∆S(20) = S2(20) – S1(20)), отражающие различия в общем содержании летучих веществ в РГФ над пробами при активации сухих дрожжей водой и сахарозой; для оценки качества сухих дрожжей рассчитывают показатель качества дрожжей (ПКД) как разность площадей «визуальных отпечатков» на 20-й и 15-й минуте измерения (ПКД = ∆S(20) - ∆S(15)), отражающий изменение содержания легколетучих веществ в РГФ над пробой дрожжей в процессе активации их сахарозой, если ПКД меньше 0 ± 50, делают вывод о низком качестве дрожжей.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении газовых сенсоров. Предложен способ изготовления газовых сенсоров, содержащих корпус, установленную в нем на основании двухслойную наноструктуру ZnO-ZnO:Cu, точечные контакты, соединенные с выводами корпуса, помещенными в изолятор и штуцер, обеспечивающий контакт детектируемого газа с чувствительным элементом.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака, и может быть использовано для экологического мониторинга.

Использование: для получения возможности измерения содержания метана в азоте в широком диапазоне температур и концентраций при одновременном контроле работоспособности электрохимической ячейки в процессе измерений.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений. Способ характеризуется тем, что применяются два сенсора на основе пьезокварцевых резонаторов (ПКР) объемных акустических волн с базовой частотой колебания 10,0 МГц, на электроды которых наносят пленки из насыщенного раствора фторида калия в ацетоне, для чего электроды опускают в насыщенный раствор фторида калия в ацетоне и выдерживают в течение 10 и 5 с, после удаления свободного растворителя в течение 10 мин при температуре t = 100°C , наносятся фазы фторида калия массой 4,0 и 1,0 мкг соответственно, выдерживают их 2 мин для установления стабильности исходной частоты колебания каждого сенсора QUOTE (Гц), предварительно анализируемую твердую фазу массой 1 – 5 г измельчают, жидкую фазу объемом 10 QUOTE отбирают и выдерживают в бюксе с полиуретановой пробкой в течение 20 и 10 мин соответственно, анализируемые газовую смесь или равновесные пары над твёрдыми, жидкими пробами объемом 5 QUOTE отбирают газовым шприцем и инжектируют в ячейку детектирования со скоростью 1 QUOTE , при этом вещества взаимодействуют с покрытиями из фторида калия и изменяются частоты колебания обоих сенсоров, фиксируют частоту колебаний сенсора с массой пленки 4,0 мкг через 30 с после инжекции паров QUOTE (Гц) и для сенсора с массой пленки 1,0 мкг через 60 с после инжекции QUOTE (Гц), по полученным данным рассчитывают для каждого сенсора изменение частот колебаний относительно исходной и, если соотношение изменений частот колебаний сенсоров с массой пленок соответственно 4,0 и 1,0 мкг составляет 1,2 ± 0,3, то делают вывод о присутствии в газовой смеси паров моноэтаноламина.

Использование: для создания сенсора изменения состава атмосферы в замкнутых объемах. Сущность изобретения заключается в том, что газовый сенсор содержит температуропроводную подложку из кристаллического материала с плоскопараллельными поверхностями, на рабочей поверхности которой размещен пленочный нагреватель из электропроводящего материала, а на нерабочей - измеритель температуры на основе акустической линии задержки, электромеханические пьезоэлектрические преобразователи встречно-штыревого типа которой подключены к генератору и регистратору выходного сигнала, блок управления нагревателем, пленочный нагреватель выполнен в виде набора обособленных протяженных элементов из газочувствительных материалов, выбранных из условия изменения их электросопротивления при адсорбции различных по составу газов, элементы подключены к индивидуальным выходам блока управления нагревателями, при этом каждый упомянутый элемент ограничен по длинным сторонам канавками, заполненными термо- и звукоизолирующим материалом, измеритель температуры на основе акустической линии задержки выполнен многоканальным по числу протяженных элементов, каждый канал размещен по направлению распространения энергетических потоков поверхностных акустических волн и/или пластинчатых упругих мод разных порядков n в подложке, при этом излучение и прием указанных волн и/или мод производится индивидуальными системами генерации-приема на частотах fn, определяемых выражением fn=Vn/λ, где Vn - скорость поверхностных акустических волн или пластинчатых упругих мод, λ - период встречно-штыревых преобразователей, а протяженные элементы размещены вдоль проекций на рабочую поверхность подложки указанных направлений распространения энергетических потоков..

Изобретение относится к способу формирования пленок для определения содержания паров воды в воздушной среде на поверхности подложек из оксидных стекол. Технический результат – увеличение электрической проводимости, повышение чувствительности к содержанию паров воды в воздушной среде и улучшение микротвердости, однородности. На подложку из оксидного стекла наносят поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорид методом вытягивания из водного раствора концентрацией 5-20% масс. с постоянной скоростью 2-3*10-6 м/с. Затем поверх него с использованием метода ультразвукового распыления наносится гексацианоферрат (II) калия в количестве, обеспечивающем массовое соотношение гексацианоферрата (II) калия к поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлориду, равное 2,3±0,1:1, в результате чего образуется поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианид. 2 ил.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания аммиака. Датчик состоит из полупроводникового основания (1), выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (GaAs)0,75 (ZnSe)0,25, и подложки, которой служит электродная площадка (2) пьезокварцевого резонатора (3). Изобретение позволяет при существенном упрощении технологии изготовления датчика определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdSe)0,85(CdTe)0,15 и подложки, которой служит электродная площадка 2 пьезокварцевого резонатора 3. Датчик, выполненный согласно изобретению при существенном упрощении технологии его изготовления, позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Изобретение относится к изготовлению подложки из оксидного стекла для определения содержания паров воды в воздушной среде. На поверхность подложки путем ее подъема в горизонтальном положении с постоянной скоростью, варьируемой от 4⋅10-5 до 9⋅10-5 м/с, из водного раствора взаимодействующих компонентов: полимера, такого как поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорид (ПДМПХ), и модификатора – гексацианоферрата(II) калия наносят пленку поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианида (ПДМПЦ). Содержание ПДМПХ в растворе составляет от 0,2 до 0,5 мас.%, при соблюдении массового соотношения модификатор:полимер, равного (2,3±0,1):1. Изобретение обеспечивает увеличение отклика (удельная электрическая проводимость), микротвердости, однородности и чувствительности пленки к содержанию паров воды в воздушной среде, а также увеличение срока годности полученной гетероструктуры. 4 ил., 3 пр.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложено устройство и способ для обнаружения целевых биомолекул с использованием вышеуказанного устройства. Устройство включает установленную на электронепроводящей опоре и подсоединенную к электрической цепи посредством электродов электропроводящую мембрану с иммобилизованным на ней компонентом биологического распознавания, источник напряжения и устройство контроля сопротивления. Способ включает подачу образца текучей среды на мембрану, контроль сопротивления мембраны, при котором, если сопротивление больше порогового сопротивления, происходит выдача сигнала об обнаружении целевой биомолекулы. Изобретения обеспечивают высокоспецифичное и быстрое обнаружение целевой биомолекулы. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 21 ил., 5 табл., 3 пр.

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. Датчик содержит полупроводниковое основание (1), выполненное в виде поликристаллической пленки антимонида индия. Поликристаллическая пленка InSb нанесена на электродную площадку (2) пьезокварцевого резонатора (3). Датчик согласно изобретению обеспечивает при существенном упрощении технологии его изготовления определение содержания диоксида азота с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода и . может быть использовано в экологии. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание (1), выполненное в виде поликристаллической пленки твердого раствора замещения состава (CdTe)0,95(InSb)0,05. Поликристаллическая пленка (CdTe)0,95(InSb)0,05 нанесена на электродную площадку (2) пьезокварцевого резонатора (3). Изобретение обеспечивает при существенном упрощении технологии его изготовления определять содержание оксида углерода с чувствительностью, более чем на порядок превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Описана интегральная схема (100), содержащая подложку (110); изолирующий слой (120) на упомянутой подложке; а также первый нанопроводниковый элемент (140a) и второй нанопроводниковый элемент (140b), смежный с упомянутым первым нанопроводниковым элементом на упомянутом изолирующем слое; в которой первый нанопроводниковый элемент расположен так, чтобы он подвергался воздействию среды, содержащей интересующий аналит, и в которой второй нанопроводниковый элемент защищен от упомянутой среды защитным слоем (150) на упомянутом втором нанопроводниковом элементе. Интегральная схема согласно изобретению содержит подложку, изолирующий слой на упомянутой подложке, первый нанопроводниковый элемент и второй нанопроводниковый элемент на упомянутом изолирующем слое, при этом первый нанопроводниковый элемент является узлом истока первого транзистора и второй полупроводниковый элемент является узлом истока второго транзистора, причем упомянутый первый транзистор и упомянутый второй транзистор имеют общий узел стока, причем первый нанопроводниковый элемент расположен таким образом, чтобы подвергаться воздействию среды, содержащей аналит, и при этом второй нанопроводниковый элемент расположен таким образом, чтобы быть защищенным от упомянутой среды защитным слоем на упомянутом втором нанопроводниковом элементе. Также предложены измерительное устройство, включающее в себя такую ИС, способ измерения с использованием такой ИС и способ изготовления такой ИС. Изобретение обеспечивает упрощение конфигурации датчика и повышение надежности измерений. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение предназначено для мониторинга окружающей среды, в частности для автоматического непрерывного контроля концентрации горючих газов (метана - СН4, кислорода - O2 и угарного газа - СО) в жилых, коммунальных и производственных помещениях с целью обнаружения превышения допустимых концентраций и своевременного принятия эффективных мер, обеспечивающих снижение загазованности. Устройство для контроля концентрации опасных газов содержит датчики метана СН4 1, угарного газа СО 2 и кислорода О2 3, усилитель 4 сигналов, аналоговый коммутатор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, микро-ЭВМ 7, запоминающее устройство 8, информационное табло 9, устройство 10 тревожной сигнализации, интерфейсное устройство 11 с персональным компьютером, устройство 12 управления, часы 13, блок 14 питания, обмотки реле 15, 16 и 17, мультивибратор 18, обмотку 19 реле мультивибратора 18, передатчик 20, задающий генератор 21, генератор 22 модулирующего кода, фазовый манипулятор 23, телеграфный ключ 24, усилитель 25 мощности и передающую антенну 26. Дистанционный пункт контроля содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок перестройки, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, обнаружитель сигналов фазовой манипуляции, анализаторы спектра, удвоитель фазы, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключ, звуковой сигнализатор, делитель фазы на два, узкополосный фильтр, фазовый детектор, блок регистрации, стабилизатор фазы опорного напряжения, частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель. Изобретение обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности определения идентификационного номера помещения, здания, где произошла утечка опасных газов, путем устранения явления «обратной работы» второго типа. 3 ил.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и изменения содержания аммиака. Датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки антимонида галлия (1), и подложки, которой служит электродная площадка (2) пьезокварцевого резонатора (3). Датчик согласно изобретению при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-08-31 2017-07-21T16:50:09
Наверх