ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК Российский патент 2002 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания оксида углерода в различных газах.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя [1] . Однако такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In₂O₃), легированного оксидами щелочных металлов [2] . Он позволяет детектировать 6,7 - 0,05 Па CO во влажном воздухе при 300^oC.

Недостатком известного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300^oC и трудоемкость его изготовления, предусматривающего легирование оксида индия оксидами щелочных металлов.

Задачей изобретения является создание датчика, позволяющего, при повышенной чувствительности и технологичности его изготовления, определять содержание микропримесей оксида углерода в газовых смесях при комнатной температуре.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном полупроводниковом газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание (с нанесенными на его поверхность металлическими электродами), основание выполнено из поликристаллической пленки сульфида кадмия.

Для удобства пользования основание датчика может быть закреплено на непроводящей подложке (стекло, пьезокварц, керамика и др. ).

Повышение чувствительности и снижение рабочей температуры заявляемого датчика, по сравнению с известным датчиком [2] , иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция датчика, а на фиг. 2, 3 приведены кривые изменения адсорбции CO и электропроводности датчика в условиях адсорбции оксида углерода.

Датчик состоит из полупроводникового основания (1), выполненного в виде поликристаллической пленки сульфида кадмия, металлических электродов (2) и непроводящей подложки (3).

Принцип работы датчика основан на изменении электропроводности полупроводниковой пленки при адсорбции CO.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в исследуемую среду. При адсорбции CO происходит заряжение поверхности пленки, что обусловливает изменение концентрации свободных носителей зарядов в пленке и соответственно изменение ее электропроводности (σ_s). По величине изменения σ_s с помощью градуировочных кривых можно определить содержание влаги в исследуемой среде.

Из анализа кривых, представленных на фиг. 2, 3, следует, что заявляемый объект позволяет определять содержание оксида углерода (в газовых средах) с более высокой (в 2,5 - раза) чувствительностью. Так, предельная чувствительность устройства-прототипа при 300^oC составляет 0.05 Па, а чувствительность заявляемого датчика уже при комнатной температуре составляет 0,02 Па, т. е. отпадает необходимость нагревать датчик и работать при высоких температурах.

Кроме того, упрощается технология его изготовления: исключаются операции по легированию полупроводникового основания.

Таким образом, применение поликристаллической пленки сульфида кадмия позволило повысить чувствительность датчика, его технологичность, понизить рабочую температуру.

Источники информации
1. Вяхирев Д. А. , Шушукова А. Ф. Руководство по газовой хроматографии. М. : Высш. школа, 1987.

2. Yam aura Hiroyuki, Tamaki, Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yam azoe Noboru//J. E. Electrochem Soc. - 1996. - 143, N 2 - p. 36-37.

Использование: изобретение относится к газовому анализу, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности датчика, технологичности его изготовления, снижение рабочей температуры. Сущность изобретения состоит в том, что в известном полупроводниковом газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено из поликристаллической пленки сульфида кадмия. Обнаружение и количественное определение оксида углерода осуществляется по изменению электропроводности полупроводниковой пленки при адсорбции оксида углерода. 3 ил.

Полупроводниковый газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, служащий для обнаружения и количественного определения оксида углерода по изменению электропроводности полупроводниковой пленки при адсорбции СО, отличающийся тем, что основание выполнено в виде поликристаллической пленки сульфида кадмия.