Полупроводниковый анализатор оксида углерода Российский патент 2017 года по МПК G01N27/12 

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

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров анализируемого вещества и газа-носителя (Вихиряев 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 (In₂O₃), 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°C. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300°C и трудоемкость изготовления.

Ближайшим техническим решением к изобретению является газовый датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами и непроводящей подложки (Патент RU №2206083 М. Кл. G01 №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 операции напыления металлических электродов.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, согласно изобретению полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки полупроводникового твердого раствора состава (CdSe)_0,85(CdTe)_0,15.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: на фиг. 1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг. 2 - кривые зависимости величины адсорбции оксида углерода от температуры при различных начальных давлениях (P_CO), на фиг. 3 - градуировочная кривая зависимости изменения величины адсорбции (Δα) на полупроводниковой пленке от давления оксида углерода (P_CO) при комнатной температуре. Кривые на фиг. 2 демонстрируют заметную адсорбцию оксида углерода на поверхности полупроводникового основания при комнатной температуре, увеличивающуюся с ростом начального давления (α_1(CO)>α_2(CO)); градуировочная кривая на фиг. 3 наглядно демонстрирует высокую адсорбционную чувствительность полупроводникового основания к оксиду углерода.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе селенида и теллурида кадмия - (CdSe)_0,85(CdTe)_0,15, нанесенной на электродную площадку 2 пьезокварцевого резонатора 3 (фиг. 1), выполненного в виде поликристаллической пленки.

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), пропорционально 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 анализируемый газ на содержание оксида углерода. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (CdSe)_0,85(CdTe)_0,15 происходит избирательная адсорбция молекул СО, увеличение массы композиции «пленка - кварцевый резонатор» и изменение частоты колебания последнего, соответствующего величине адсорбции. По изменению величины адсорбции (с изменением давления СО) с помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода 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 оксида углерода (P_CO), следует: заявляемый датчик, при существенном упрощении технологии его изготовления, позволяет определять содержание оксида углерода 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 статистическом, но и динамическом режиме.

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.

Полупроводниковый газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора на основе CdSe и CdTe состава (CdSe)_0,85(CdTe)_0,15, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора.