Полупроводниковый датчик оксида углерода

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.

 

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода. Изобретение может быть использовано в экологии для анализа загрязнений окружающей среды.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии теплопроводности паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987. - 287 с.).

Однако такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя.

Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In2О3), легированного оксидами щелочных металлов (Yamaura Hiroyuki, Tamaki Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yamazoe Noboru // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 43. - N 2. - P. 36-37). Он позволяет детектировать 6,7 - 0,05 Па СО во влажном воздухе при 300°С.

Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300°С и трудоемкость изготовления.

Известен датчик монооксида углерода, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами, и непроводящей подложки (Патент RU №2206083, М. кл. G01N 27/12, опубл. 10.06.2003).

Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операцию напыления металлических электродов.

Известен также датчик диоксида азота, состоящий из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного антимонидом индия, и подложки, которой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора (Патент RU №2274853, М. кл. G01N 27/12, опубл. 20.04.2006). Это изобретение обеспечивает повышение чувствительности при анализе микропримесей NO2. Однако экспериментально была установлена его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода (фиг. 2).

Ближайшим техническим решением является нанополупроводниковый газовый датчик, состоящий из наноразмерной пленки теллурида кадмия, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора (Патент RU №2458338, М. кл. G01N 27/12, опубл. 10.02.2012).

Недостатком такого устройства является его недостаточная чувствительность для контроля микропримесей оксида углерода (см. фиг. 2, 3). Кроме того, конструкция устройства предусматривает в процессе изготовления разработки специальной технологии, режима и программы контроля напыления пленок в пределах наноразмерности.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика, позволяющего определять содержание микропримесей оксида углерода в газовых смесях при комнатной температуре.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание, нанесенное на электродную площадку пьезокварцевого резонатора, согласно изобретению полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора замещения состава (CdTe)0,95(InSb)0,05, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены на фиг. 1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг. 2 - кривые зависимости величины адсорбции оксида углерода от температуры на полупроводниковом основании заявленного датчика (а), полупроводниковом основании известного датчика диоксида азота (Патент RU №2274853, М. кл. G01N 27/12) (б) и полупроводниковом основании ближайшего технического решения - нанополупроводникового газового датчика (Патент RU №2458338, М. кл. G01N 27/12) (в), на фиг. 3 - градуировочные кривые зависимости изменения частоты колебания пьезокварцевого резонатора (Δf) с нанесенной поликристаллической полупроводниковой пленкой - полупроводниковым основанием заявленного датчика (а) и с нанесенной наноразмерной пленкой CdTe - полупроводниковым основанием ближайшего технического решения (Патент RU №2458338, М. кл. G01N 27/12) (б) в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления СО (РCO). Последние наглядно демонстрируют повышенную чувствительность заявленного датчика.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора замещения состава (CdTe)0,95(InSb)0,05, 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, а соответственно частоты колебания Δf.

Работа датчика осуществляется следующим образом. Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают анализируемый газ на содержание СО. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки состава (CdTe)0,95(InSb)0,05 происходит избирательная адсорбция молекул СО, увеличение массы композиции "пленка - кварцевый резонатор" и изменение частоты колебания последнего. По величине изменения частоты с помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода в исследуемой среде.

Из анализа приведенных на фиг. 3. типичных градуировочных кривых, полученных с помощью заявленного датчика (а), ближайшего технического решения (б) и выражающих зависимость изменения частоты колебания (Δf) от содержания оксида углерода (СCO), а также из анализа изобар адсорбции СО (фиг. 2) следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, более чем на порядок превышающей чувствительность известных датчиков.

Малые габариты устройства (рабочий объем менее 0,3 см3) в сочетании с малой массой пленки-адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс. Кроме того, исключаются разработки специальной технологии, режима и программы напыления пленок в пределах наноразмерности, что повышает технологичность изготовления датчика.

Конструкция заявленного датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.

Датчик оксида углерода, содержащий полупроводниковое основание и подложку, представляющую собой электродную площадку пьезокварцевого резонатора, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора замещения состава (CdTe)0,95(InSb)0,05.



 

Похожие патенты:

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

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложено устройство и способ для обнаружения целевых биомолекул с использованием вышеуказанного устройства.

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).

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.

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 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.

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 может быть использовано в санитарно-эпидемиологическом контроле промышленных регионов. Устройство выполнено из набора контроллеров, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, измерительная диагональ мостовой схемы, посредством канального коммутатора, поочередно подключается на вход измерительного тракта из последовательно соединенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, соединенного с программируемой схемой выборки измерений, синхронизирующей работу элементов посредством закладки в нее телекоммуникационной программы от ПЭВМ в составе элементов: процессора, оперативного запоминающего устройства, винчестера, дисплея, принтера, клавиатуры. Изобретение обеспечивает оперативность, достоверность, точность измерений, наглядность формы представления экспресс-анализа. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам и материалам для обнаружения и определения концентрации паров гидразина в атмосфере или пробе воздуха (химическим сенсорам) и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности. Электрический сенсор на пары гидразина содержит диэлектрическую подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой, меняющий фотопроводимость в результате адсорбции паров гидразина, состоящий из структуры графен-полупроводниковые нанокристаллы в виде квантовых точек, фотопроводимость которой уменьшается при адсорбции молекул гидразина на поверхность полупроводниковых нанокристаллов пропорционально концентрации паров гидразина в пробе, при этом полупроводниковые нанокристаллы выполнены в виде полупроводниковых нанопластинок в развернутом состоянии. Технический результат – снижение порога чувствительности, расширение динамического диапазона определения концентрации паров гидразина и увеличение срока службы сенсора. 10 ил.

Изобретение относится к устройствам и материалам для обнаружения и определения концентрации паров гидразина в атмосфере или пробе воздуха (химическим сенсорам) и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности. Электрический сенсор на пары гидразина содержит диэлектрическую подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой, меняющий фотопроводимость в результате адсорбции паров гидразина, состоящий из структуры графен-полупроводниковые нанокристаллы в виде квантовых точек, фотопроводимость которой уменьшается при адсорбции молекул гидразина на поверхность полупроводниковых нанокристаллов пропорционально концентрации паров гидразина в пробе, при этом полупроводниковые нанокристаллы выполнены в виде полупроводниковых нанопластинок в развернутом состоянии. Технический результат – снижение порога чувствительности, расширение динамического диапазона определения концентрации паров гидразина и увеличение срока службы сенсора. 10 ил.

Использование: для измерения степени влажности газовой среды. Сущность изобретения заключается в том, что датчик влажности содержит подложку из диэлектрического материала с осажденными на нее пленочными электродами и диэлектрической пленкой в промежутке между ними, электроды разнесены на подложке относительно друг друга с образованием промежутка 0,1-2,0 мм и выполнены путем термического осаждения в вакууме на подложку, выполненную из керамики, слоя пленок из алюминия для каждого из электродов, пленку последующего второго слоя из металла, выбранного из группы Al, Ti, Sn для одного из электродов и последующего второго слоя из Ag для другого электрода, а также нанесения на поверхность второго слоя каждого из электродов и в промежуток между электродами на поверхность керамической подложки подвергнутой после ее нанесения совместно со всеми слоями и керамической подложкой отжигу на воздухе при температуре 400°С в течение 10 мин пленки линейно-цепочечного углерода, полученной путем осаждения в вакууме графита, испаряемого импульсным дуговым разрядом с помощью плазмы, создаваемой дуговым разрядом вне области разрядного промежутка в виде компенсированных бестоковых форсгустков углеродной плазмы плотностью 5⋅1012-1⋅1013 см-3, длительностью 200-600 мкс, частотой следования 1-5 Гц, при стимуляции углеродной плазмы инертным газом в виде потока ионов с энергией 150-2000 эВ, направленного перпендикулярно потоку углеродной плазмы.Технический результат: обеспечение возможности увеличения чувствительности, и диапазона определения влажности. 1 з.п. ф-лы, 5 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, выполненное в виде поликристаллической пленки твердого раствора замещения состава 0,950,05. Поликристаллическая пленка 0,950,05 нанесена на электродную площадку пьезокварцевого резонатора. Изобретение обеспечивает при существенном упрощении технологии его изготовления определять содержание оксида углерода с чувствительностью, более чем на порядок превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.

Наверх