Способ анализа газов Советский патент 1986 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к измерению концентрации газа с помощью полупроводниковых чувствительных элементов .

Целью изобретения является повышение быстродействия процесса анализа и расширение класса анализируемых газов. .

На фиг.1 и 2 приведено устройство с помощью которого осуществляется предлагаемый способ; ,

На фиг.) и 2 обозначено: I - активный полупроводниковый слой, 2 - изолирующая подложка, 3 - маскирующий окисел, 4 - барьерообразующий злектрод, выполненный в виде перио-. дической структуры, 5 - омический контакт, 6 - открытая поверхность с естественным окислом, 7 - область пространственного заряда, экранированная металлом, 8 - граница раздела металл-полупроводник, выходящая на поверхность, 9 - область повышенной концентрации носителей. I.

Способ анализа газов основан на

использовании диода с барьером Шотт- ки и состоит в том, что подают анализируемый газ на поверхность диода и измеряют изменение параметров обратного тока. На барьерообразующий элемент подают напряжение, пре- вьйпающее.пороговое значение генерации автоколебаний обратного тока, измеряют изменение частоты аптоко- лебаний, по величине которого судят о концентрации анализируемого компонента в газе. В основу изобретения псэложен эффект генерации автоколебаний тока в обратноСмещенных дирдных структурах с барьером Шоттки, в котрых граница раздела металл-полупро- водник выведена непосредственно на поверхность, контактирующую с внешней средой. Это позволяет исключить необходимость протекания каталитической реакции между анализируемыми компонентами газа и металлом барье- рообразующего электрода и последующую диффузию через него атомов анализируемого газа, в результате чего существенно повьшается быстродействие процесса газового анализа. Кроме того, поскольку различным газам соответствует строго определенное значение порогового напряжения, при превышении которого возникают автоколебания тока, расширяется класс

газов, анализируемых с помощью одного газочувствительного элемента. Это пороговое напряжение определяют заранее, на стадии калибровки газо- чувствительного элемента.

При приложении отр 1цательногр смещения к барьерообразующему электроду 4 на открытой поверхности элемента 6 адсорбируются молекулы газов окружающей среды. При этом область пространственного заряда 7 обедняется основными носителями и на открытой поверхности 6, контактирующей с внешней средой, в зависимости от природы и заряда адсорбирующихся молекул (донорного или акцепторного типа она расширяется в большей или меньшей степени или компенсируется. При быстром росте . приложенного смещения, когда медленные поверхностные состояния не успевают перез аряжаться,растет ток через канал, образованный в приповерхностной области активного полупроводникового сл оя .1 вследствие адсорбции молекул газов окружающей среды и шунтирующий переход металл/ полупроводник. При этом расширяется область пространственного заряда 7, увеличивается длина канала, и при достижении, .напряжения смещения величины и„р (критического состояния), при котором напряженность поля в приповерхностной области становится

критической, возникает пробой перехода металл. - полупроводник через канал. В момент пробоя По цепи проходит большой ток, на базовом сопротивлении элемента (или сопротивления

нагрузки) падает большое напряжение, и, таким о бразом, общее напряжение цепи перераспределяется так, что напряженность поля в приповерхностной области уменьшается и ток цепи

через элемент падает, После падения .тока ниже критического . приповерхностные состояния, ионизированные в результате поверхностной рекомбинации электронов и дырок при пробое,

снова начинают заполняться вследствие адсорбции молекул газов окружающей среды,, и весь процесс повторяется . Измерение параметра возникающего автоколебательного процесса - частоты изменения величины обратного тока г позволяет, таким образом, зафиксировать изменение газо вого состава окружающей среды.

Пример, Изготавливают газочувствительный элемент на основе эпи- таксиальной структуры. После химической обработки структуры на эпитак- сиальном слое (16 мкм) в атмосфере сухого и влажного кислорода при 1150°С наращивают термический окисел толщиной около 0,5 мкм. Затем методом фотолитографии в окисле вскрьшают окна под омический контакт и проводят диффузию фосфора в под- конт актную область / температура , глубина диффузии 1,5 мкм, по- рерхностная концентрация примеси . После диффузии вскрывают окна под вьтрямляющий контакт (диаметр окна 0,6 мкм). Для создания выпрямляющего и омического контактов в вакууме от 5 10 до 1 10 Па на нагретую до структуру напыляют слой алюминия толщиной 0,8-1 мкм, после чего методом фотолитографии . формируют оба контакта в виде представленном на чертеже (фиг.1 и 2): диаметр активной области 0,6 мм, расстояние между полосами 50 мкм, шаг решетки 100 мкм. Отжиг готовых структур производится в атмосфере азота при в течение 30 мин.

Для измерения концентрации аммиака в воздухе газочувств ительный зле

мент включают в схему, состоящую из источника питания, последовательно включенного нагрузочного сопротивления ( 1 кОм), сигнал с которого записывался самописцем.

После подачи на поверхность газочувствительного элемента газовоздушной смеси к барьерообразующему электроду прикладывают отрицательное смещение 4,2 В и измеряют соответствующую частоту автоколебаний, по вели- чине которой судят о концентрации аммиака в воздухе.

Формула изобретения

Способ анализа газов, основанный на использовании диода с барьером

Шоттки, включающий в себя подачу анализируемого газа на поверхность диода и измерение параметров обратного тока, отличающи.йся тем, что, с целью повьппения быстродействия анализа и расширения класса анализируемых газов, на барьеро- образующий электрод подают напряжение, превышающее пороговое значение генерации автоколебаний, по величине которого судят о концентрации анализируемого компонента в газе.

Изобретение относится к газовому анализу и может использоваться при определении состава газовой атмосферы с помощью полупроводниковых чувствительных элементов. Изобретение позволяет повысить быстродействие анализа и расширить класс анализируемых веществ. Анализ производится путем подачи анализируемого газа на поверхность диода с барьером Шоттки. На барьерообразующий элект-. род подают напряжение, превьппающее пороговое значение автоколебаний об- ратного тока. По изменению частоты автоколебаний судят о концентрации анализируемого компонента. 2 нл. § (/)

Составитель В.Екаев Редактор В.Иванова Техред Л.Оленник Корректор

Заказ 3388/42 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам ,изобретений и открытий 113035 ,Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг. 2