Многослойный полупроводниковый чувствительный элемент газоанализатора Советский патент 1993 года по МПК G01N27/12 

ел

с

Использование: аналитическое приборостроение. Сущность изобретения: чувствительный элемент выполнен в виде многослойной структуры с крестообразной формой первого слоя носителя и нагревателя, расположенного между первым и вторым слоями носителя. Каталитический слой выполнен на втором слое носителя. Слой коммутационной металлизации введен к нагревательному и каталитическому покрытию. 3 ил.

Изобретение относится к области при, боростроения и может быть использовано в

устройствах, избирательного контроля про центного содержания различных горючих

газов в их сложных смесях с воздухом.

Цель изобретения - повышение точности избирательного газоопределения сложных горючих газов,

На фиг.1 показан полупроводниковый чувствительный элемент газоанализатора; на фиг.2, 3 - разрез А-А и Б-Б на фйг.1.

Он содержит несущее основание 1 чувствительного элемента (основа); первый слой 2 носителя; нагревательный элемент 3: выводы 4 нагревательного-элемента; второй слой 5 носителя: газочувствительный эле- мент 6; выводы 7 газочувствительного элемента; коммутационные (токоведущие) дорожки 8 к нагревательному и газочувствительному элементам; внешние контактные площадки 9, 10 нагревательного и газочувствительного элементов; 11- третий слой

носителя (d - диаметр рабочей части чувствительного элемента; D-габаритный размер чувствительного элемента).

Для изготовления несущего основания чувствительного элемента могут быть использованы различные материалы, например: кремний, паликор, сапфир, ситалл, полимерные пленки и др.

Чувствительный элемент с габаритными размерами D содержит нагревательный элемент 3 и выводы 4 нагревательного элемента, выполненный в тонкопленочном исполнении из любого реактивного сплава, например П 65 ХС. Нагревательный элемент расположен между двумя слоями 2 и 5 носителя. Первый слой 2 носителя выполнен крестообразной формы с диаметром d в средней части из диэлектрического материала, например окиси алюминия, а второй слой 5 носителя выполнен-из того же материала, только в средней рабочей части размером d. Расположение нагревательного

00

о ел

CJ

VI го

элемента 3 между двумя слоями носителя позволяет поддерживать постоянную температуру рабочей поверхности нагревательного элемента.

На втором слоем 5 носителя в средней рабочей части диаметром d размещен газочувствительный элемент б, а выводы 7 газо- чувствительнрго элемента расположены на первом слое носителя. Газочувствительный элемент и его выводы выполнены в тонкопленочном исполнении из каталитически активного материала, например: окислов металлов (SnOa, ZnO, Рв20з и др.) и легирующих добавок. К нагревательному и газочувствительному элементам созданы металлизированные токоведущие дорожки, которые выполнены в виде крестообразной консоли. Наружные концы токоведущйх дорожек 8-внешние контактные площадки 9, 10 расположены на несущем основании 1. Материалом токоведущйх дорожек и кон- таткных площадок являются, например, никель, алюминий, золото, платина и другие металлы или сплавы. Токоведущие дорожки на длине до контактных площадок (9,10) дополнительно защищены третьим слоем 11 носителя, например окисью алюминия. Контактными площадками 9 нагревательный элемент 3 включается в цепь питания с помощью микросварки, а газочувствительный элемент 6 через свои контактные площадки 10 включается в измерительную цепь. С нижней стороны чувствительного элемента и токоведущие дорожки освобождены от материала несущего основания.

Чувствительный элемент работает следующим образом.

На нагревательный элемент 3 подается необходимое напряжение для достижения нужной рабочей температуры. Величина напряжения определяется сопротивлением нагревательного элемента и его геометрическими размерами.

На поверхности чувствительного элемента 6 вследствие хемосорбции кислорода возникает отрицательный заряд, образованный захваченными электронами, что приводит к обеднению приповерхностной области газочувствительного слояуВудет минимальной.

При сорбции анализируемого газа, каталитически взаимодействующего с хемосор- бированными кислородом, проводимость приповерхностной области газочувствительного слоя увеличивается. Величина проводимости определяется концентрацией анализируемого компонента.

Предлагаемая конструкция чувствительного элемента газоанализатора по

сравнению с прототипом позволяет разграничивать функции нагревательного и газочувствительного элементов, упростить вторичную аппаратуру за счет гальванической развязки цепи питания и измерительной цепи, повысить точность

избирательного анализа горючих газов с

2-3% до 0,5-0,8%, повысить ресурс работы

чувствительного элемента за счет устране ния перегрева нагревательного элемента.

Формула и зоб ре тени я

Многослойный полупроводниковый чувствительный элемент газоанализатора, содержащий расположенные на основе носитель, нагреватель и газочувствительный

слой с металлизированными консольными выводами, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности избирательного газоопредёления сложных- горючих газов, носитель чувствительного элемента содержит три слоя материала, первый слой выполнен крестообразным диаметром d в средней рабочей части, а второй слой но- сителя выполнен только в средней рабочей части диаметром d, при этом тонкопленоч ный нагревательный элемент расположен между первым и вторым слоями носителя, газочуветвительный элемент из тонкопленочного слоя каталитически активного материала расположен на втором слое

носителя, а металлизированные консольные выводы нагревательного и газочувствительного элементов защищены третьим слоем материала носителя, причем размер газочувствительногр элемента меньше размера нагревательного элемента, наружные концы металлизированных консольных выводов закреплены на основе, которая выполнена в виде кольца с внутренним диаметром, равным расстоянию между наружными концами металлизированных выводов.

8

SS

УУУУУ /

А-А

И/

ч.

Г