Полупроводниковый анализатор аммиака

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, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Изобретение может быть использовано для решения задач экологического контроля.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушунова 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 аммиака точность определения невысока.

Известен датчик (Будников Г.К. Что такое химические сенсоры // Соросовский образовательный журнал. 1998, №3. С.75), позволяющий определять содержание аммиака с большей чувствительностью.

Однако он сложен по конструкции и механизму получения отклика на присутствие определяемого компонента: включает в качестве преобразователя-полупроводника оксид металла (SnO2, In2O3, ND2O3) и нанесенный на его поверхность адсорбционный слой специального материала, дающий названный отклик. Для получения отклика необходимы такие дополнительные операции, как нагревание оксида до 200-400°С, так как при комнатной температуре он является диэлектриком и не проводит электрический ток, хемосорбция на нагретой поверхности кислорода воздуха, сопровождающаяся образованием отрицательно заряженных ионов О2-, О- и взаимодействием последних с определяемым газом (его окислением). Таким образом, электропроводность полупроводникового (оксидного) слоя в воздухе определяется не непосредственно содержанием определяемого газа, а степенью заполнения поверхности хемосорбированным кислородом, которая, в свою очередь, изменяется пропорционально концентрации определяемого газа.

Известен также датчик влажности газов, содержащий непроводящую подложку с нанесенными на нее влагочувствительным покрытием из эпитаксиальной пленки арсенида галлия с металлическими токопроводящими контактами (Авторское свидетельство №541137. М. Кл. G01 №1/11, опубл. 30.12.1976).

Недостатком этого известного устройства является его недостаточная чувствительность для контроля микропримесей аммиака, а также предусмотренная конструкцией датчика трудоемкая операция выращивания эпитаксиальной пленки арсенида галлия методом газотранспортной реакции.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик влажности газов, состоящий из полупроводникового основания, выполненного в виде эпитаксиальной пленки арсенида галлия, химически активированной путем нанесения фторированного оксидного слоя, с металлическими электродами, представляющими собой металлические индиевые контакты, изготовленные методом вплавления (Авторское свидетельство №1234763, М. Кл. G01N №27/22, опубл. 30.05.1986).

Недостатком этого известного устройства является его недостаточная чувствительность для контроля микропримесей аммиака. Кроме того, конструкция датчика предусматривает при его изготовлении операции выращивания методом газотранспортной реакции эпитаксиальной пленки арсенида галлия и химической активации полупроводникового основания путем нанесения фторированного оксидного слоя, связанного с использованием агрессивной фтороводородной кислоты.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание и непроводящую подложку, согласно изобретению полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора (GaAs)0,75 (ZnSe)0,25, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.

При этом исключаются продолжительные, трудоемкие и затратные операции выращивания эпитаксиальной пленки методом сложной газотранспортной реакции по специально разработанной, экологически безопасной технологии и химической активации полупроводникового основания путем нанесения фторированного оксидного слоя, связанного с использованием агрессивной фтороводородной кислоты.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: на фиг. 1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг. 2 - кривые зависимости величины адсорбции аммиака от температуры при различных начальных давлениях (PNH3), на фиг. 3 - градуировочная кривая зависимости изменения величины адсорбции (Δα) на полупроводниковой пленке от давления аммиака (PNH3) при комнатной температуре. Кривые на фиг. 2 демонстрируют заметную адсорбцию аммиака на поверхности полупроводникового основания при комнатной температуре, увеличивающуюся с ростом начального давления (α3(NH3)2(NH3)1(NH3)); градуировочная кривая на фиг.3 наглядно указывает на высокую адсорбционную чувствительность полупроводникового основания к аммиаку.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (GaAs)0,75(ZnSe)0,25, нанесенной на электродную площадку 2 пьезокварцевого резонатора 3 (фиг. 1). Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора и вызывающих изменение его массы (соответственно частоты), пропорциональное изменению величины адсорбции (Δα).

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 аммиака газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (GaAs)0,75 (ZnSe)0,25 происходит избирательная адсорбция молекул NH3, увеличение массы композиции "пленка - кварцевый резонатор" и изменение частоты колебания последнего, соответствующего величине адсорбции. По изменению величины адсорбции (с изменением давления NH3) с помощью градуировочных кривых можно определить содержание аммиака в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг. 3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость изменения величины адсорбции от содержания аммиака (PNH3) следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков.

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

Полупроводниковый газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора (GaAs)0,75(ZnSe)0,25, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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 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.

Изобретение относится к технологии получения высокочувствительного резистивного газового сенсора на озон на основе оксидных пленок в системе In2O3-SnO2. Способ получения наноструктурированного газового сенсора на озон включает совместную кристаллизацию растворов солей или их соосаждение, при этом в качестве исходных реагентов используют растворы солей-прекурсоров (SnSO4, In(NO3)3*xH2O), получают оксидные порошки методом золь-гель совместной кристаллизации и соосаждения, после чего полученные порошки прокаливают при 120-400°С и обжигают при 650°С до получения твердого раствора на основе In2O3 с размером ОКР ~ 27-29 нм, затем приготавливают пасту со связующим на основе этилцеллюлозы [С6Н7O2(ОН)3-x(ОС2Н5)x]n и скипидара, причем в первой серии к навеске порошка добавляют 10 мас.% этилцеллюлозы и 5 мл скипидара, а для второй серии порошок смешивают с 30 мас.% этилцеллюлозы и 8 мл скипидара, затем после интенсивного перемешивания полученную пасту наносят на корундовые подложки трафаретной печатью, после чего образцы обжигают при 700°С в течение 5 часов на первом этапе и затем при 1100°С в течение 3 часов. Технический результат – повышение чувствительности сенсора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технологии получения высокочувствительного резистивного газового сенсора на озон на основе оксидных пленок в системе In2O3-SnO2. Способ получения наноструктурированного газового сенсора на озон включает совместную кристаллизацию растворов солей или их соосаждение, при этом в качестве исходных реагентов используют растворы солей-прекурсоров (SnSO4, In(NO3)3*xH2O), получают оксидные порошки методом золь-гель совместной кристаллизации и соосаждения, после чего полученные порошки прокаливают при 120-400°С и обжигают при 650°С до получения твердого раствора на основе In2O3 с размером ОКР ~ 27-29 нм, затем приготавливают пасту со связующим на основе этилцеллюлозы [С6Н7O2(ОН)3-x(ОС2Н5)x]n и скипидара, причем в первой серии к навеске порошка добавляют 10 мас.% этилцеллюлозы и 5 мл скипидара, а для второй серии порошок смешивают с 30 мас.% этилцеллюлозы и 8 мл скипидара, затем после интенсивного перемешивания полученную пасту наносят на корундовые подложки трафаретной печатью, после чего образцы обжигают при 700°С в течение 5 часов на первом этапе и затем при 1100°С в течение 3 часов. Технический результат – повышение чувствительности сенсора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

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

Наверх