СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ АНАЛИЗА АММИАКА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ Российский патент 2001 года по МПК G01N27/12 

Описание патента на изобретение RU2172951C1

Изобретение относится к полупроводниковой сенсорной технике и может быть использовано для изготовления недорогих и простых в изготовлении датчиков для определения концентрации аммиака в газовой среде.

Известен способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа газовой среды (PL патент 137250, кл. G 01 N 27/00, 1989), который включает нанесение газочувствительного слоя на подложку с электродами и технологическую активацию этого слоя.

К недостаткам указанного датчика относятся низкая чувствительность (18 мг/м3), большое время регенерации (15 мин), высокая рабочая температура (150oC) и сложность технологии изготовления (многократный - 11 циклов прогрев газочувствительного слоя).

Известен способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде (RU патент 2080590, кл. G 01 N 27/12, 1997 г) - принятый за прототип, который заключается в следующем:
1. Ha ситалловую подложку с электродами наносят вакуумным напылением газочувствительный слой толщиной не более 50 нм из органического полупроводника фталоцианина меди, очищенного химическими методами.

2. Легирование слоя фталоцианина меди кислородом воздуха.

Однако в полученном по такому способу тонкопленочном датчике для анализа аммиака в газовой среде имеется существенный недостаток - неспособность выявить наличие газа аммиака (NH3) в воздухе, если его содержание не превышает предельно допустимой концентрации (10 мг/м3), значительный расход органического полупроводника и необходимость использования внешнего источника тока для нагрева датчика.

Изобретение направлено на повышение чувствительности тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде и сокращение расхода материала, используемого для изготовления датчика.

Способ изготовления тонкопленочного датчика для определения концентрации аммиака в газовой среде включает нанесение газочувствительного слоя химически очищенного фталоцианина меди на подложку с электродами, технохимическую активацию этого слоя и прогрев газочувствительного слоя. На подложку с электродами наносят слой фталоцианина меди при температуре подложки 195oC-205oC толщиной не более 20 нм, которая подвергается легированию кислородом в низком вакууме.

На фиг. 1 изображен полупроводниковый датчик газа аммиака, где указаны подложка (фиг. 1, поз. 1), с электродами (фиг. 1, поз. 2) и слой фталоцианина меди (фиг. 1, поз. 3).

На фиг. 2 представлена зависимость сопротивления датчика в газе Rr от концентрации аммиака C.

На фиг. 3 представлена линейная зависимость lgRr от концентрации C.

Предлагаемый способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде заключается в следующем:
На ситалловую подложку (фиг. 1, поз. 1) с растровыми электродами (фиг. 1, поз. 2) в вакууме наносится термической возгонкой тонкий слой (20 нм) фталоцианина меди (фиг. 1, поз. 3), очищенного химическими методами. Температура подложки в процессе конденсации фталоцианина меди из газовой фазы поддерживалась 195oC-205oC. После напыления слой фталоцианина меди подвергался легированию кислородом в низком вакууме. Легированный слой выдерживался в атмосфере аммиака при концентрации ниже предельно допустимой при температуре 90oC в течение 4-5 мин, а затем в вакууме при 150oC.

Изготовление тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде предлагаемым способом позволило повысить чувствительность измерения концентрации аммиака до 5 мг/м3 и сократить расход органического полупроводника на изготовление.

Новым в предлагаемом способе по сравнению с прототипом является нанесение газочувствительного слоя органического полупроводника фталоцианина меди оптимальной толщины не более 20 нм, а также легирование слоя фталоцианина меди кислородом в низком вакууме.

Испытания тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде проводили при t = 95oC и напряжении < 36 В. Измеряли зависимость сопротивления датчика Rr от концентрации аммиака в пределах 5 - 200 мг/м3. Зависимость сопротивления датчика в газе от концентрации аммиака представлена на фиг. 2. Для возврата сопротивления датчика к начальному значению производили прогрев до 135oC в течение 4 - 5 минут. Датчики обладают высокой стабильностью параметров. Погрешность в измерении первоначального сопротивления составила не более 1%.

Исследования показали, что изготовление тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде предлагаемым способом позволило получить линейную зависимость lgRr от концентрации C (фиг. 3).

На основе датчика изготовлен лабораторный образец измерителя концентрации газа.

Сопоставление характеристик, представленных в таблице, иллюстрирует преимущество заявленного способа изготовления.

Похожие патенты RU2172951C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕТАНА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ 2002
  • Ударатин А.В.
  • Федоров М.И.
RU2231052C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ АНАЛИЗА АММИАКА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ 1994
  • Федоров М.И.
  • Шорин В.А.
  • Максимов В.К.
  • Корнейчук С.К.
RU2080590C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКА ДЛЯ АНАЛИЗА СЕРОВОДОРОДА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ 2002
  • Федоров М.И.
  • Бабкин А.Н.
RU2231053C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СВЕТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ 2000
  • Федоров М.И.
  • Смирнова М.Н.
  • Карелин С.В.
RU2170994C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА С p-i-n-СТРУКТУРОЙ 2005
  • Смирнова Ольга Юрьевна
  • Федоров Михаил Иванович
RU2282272C1
Диэлектрический газовый сенсор 2021
  • Лачинов Алексей Николаевич
  • Лачинов Алексей Алексеевич
RU2779966C1
Датчик на основе двумерной квантовой структуры 2023
  • Лачинов Алексей Николаевич
  • Лачинов Алексей Алексеевич
RU2814091C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 1992
  • Федоров М.И.
  • Шорин В.А.
  • Маслеников С.В.
  • Корнейчук С.К.
RU2034372C1
Газовый сенсор и газоаналитический мультисенсорный чип на основе графена, функционализированного карбонильными группами 2020
  • Рабчинский Максим Константинович
  • Варежников Алексей Сергеевич
  • Рыжков Сергей Александрович
  • Байдакова Марина Владимировна
  • Шнитов Владимир Викторович
  • Брунков Павел Николаевич
  • Соломатин Максим Андреевич
  • Емельянов Алексей Владимирович
  • Сысоев Виктор Владимирович
RU2745636C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХЕМОРЕЗИСТОРА НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУР ОКСИДА НИКЕЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 2018
  • Соломатин Максим Андреевич
  • Сысоев Виктор Владимирович
  • Федоров Федор Сергеевич
RU2682575C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 172 951 C1

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ АНАЛИЗА АММИАКА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

Использование: изобретение относится к полупроводниковой сенсорной технике и может быть использовано для изготовления недорогих и простых в изготовлении датчиков для определения концентрации аммиака в газовой среде. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде и сокращении расхода материала, используемого для изготовления датчика. Сущность: способ включает нанесение газочувствительного слоя химически очищенного фталоцианина меди на подложку с электродами, технохимическую активацию этого слоя и прогрев газочувствительного слоя. Слой фталоцианина меди наносят при температуре подложки 195-205°С толщиной не более 20 нм, которая подвергается легированию кислородом в низком вакууме. 3 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 172 951 C1

Способ изготовления тонкопленочного датчика для определения концентрации аммиака в газовой среде, включающий нанесение газочувствительного слоя химически очищенного фталоцианина меди на подложку с электродами, технохимическую активацию этого слоя и прогрев газочувствительного слоя, отличающийся тем, что на подложку с электродами наносят слой фталоцианина меди при температуре подложки 195oC - 205oC толщиной не более 20 нм, который подвергается легированию кислородом в низком вакууме.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2172951C1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ АНАЛИЗА АММИАКА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ 1994
  • Федоров М.И.
  • Шорин В.А.
  • Максимов В.К.
  • Корнейчук С.К.
RU2080590C1
ДАТЧИК КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА 1992
  • Маслов Л.П.
  • Сорокин С.И.
  • Крутоверцев С.А.
RU2029292C1
DE 3934532 A1, 18.04.1991.

RU 2 172 951 C1

Авторы

Васильева Н.А.

Федоров М.И.

Немировский А.Е.

Даты

2001-08-27Публикация

2000-04-18Подача