Полупроводниковый анализатор аммиака



Полупроводниковый анализатор аммиака
Полупроводниковый анализатор аммиака

 


Владельцы патента RU 2631009:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (RU)

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.
Наверх