Датчик газов и влажности и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к области мик роэлектроники и аналитического приборостроения и может быть использовано при создании малогабаритных датчиков для измерения газов и влажности.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности датчика газов и влажности.

Поставленная цель достигается тем, что датчик газов и влажности содержит в качестве нижнего электрода титан, в качестве полупроводниковой пленки - окислы титана, в качестве диэлектрика - двуокись тита- на, а в качестве верхнего электрода - пленку из благородного металла.

Способ изготовления датчика включает создание на нижнем металлическом электроде окислов титана и верхнего электрода. Окислы титана получают в виде пленки

окислением нижнего электрода из аморфного титана в растворе 3% i винной кислоты, а затем на нем получают пленку двуокиси титана, причем, верхней электрод изготавливают из благородного металла.

При этом компоненты МДП-структуры получают следующим образом: на диэлектрическую подложку напыляют иодидный титан резистивным напылением в вакууме с получением аморфной пленки из титана. Затем анодным окислением получают структуру полупроводника и диэлектрика, состоящую из окислов титана и двуокиси титана, после чего наносят верхний газо- и влагопррницаемый электрод.

Таким образом МДП-датчик получают строгим набором технологических операций.

00

ел ы х| ы

Устройство работает следующим образом. При помещении датчика в газовую или влажную среду молекулы газа или воды проникают сквозь верхний электрод и изменяют контактный барьер МДП-структуры. В результате действия газов .или влажности изменяются параметры МДП-датчика, например, емкость.

Толщина.того или иного слоя МДП- структуры строго определяется способом получения датчика. Так, толщина наносимой титановой пленки не должна превышать 0,7 мкм для сохранения аморфности, В то же время толщина титановой пленки должна быть достаточной для образования слоев полупроводника и диэлектрика, причем толщина обедненной области МДП- структуры должна быть меньше толщины полупроводниковой области для обеспечения модуляции емкости и тем самым чувст- вительности датчика. Получают аморфную- титановую пленку резистивным напылением иодидного титана с графитовой или вольv6

v6

мм

фрамовой лодочкой при давлении 10 рт.ст.

Толщина слоев полупроводника и диэлектрика, получаемых анодированием, не

должна превышать 1500 А, иначе в результате объемного роста пленки возникают большие механические напряжения, которые приводят к растрескиванию пленки окисла. При этом толщина диэлектрика регулируется режимами окисления и составляо

ют 100-500 А. Минимальная толщина пленки диэлектрика обусловлена тем, что при ее уменьшении появляются большие локальные токи. Максимальная толщина обус- ловлена тем, что при дальнейшем увеличении ее существенно уменьшается чувствительность датчика. Анодирование проводят в электролите, не растворяющем окисляемую пленку, время анодирования от 10 с до 2 мин.

Верхний электрод изготавливают напылением в вакууме любым из известных способов.

20

10

15

25

30

35

40

45

П р и м е р. На стеклянную очищенную подложку, нагретую до 300-350°С наносят иодидный титан резистивным напылением в вакууме при давлении мм рт.ст. Получаемую таким способом аморфную пленку из титана толщиной 0,5 мкм окисляют анодированием в 3% растворе винной кислоты или кислого-виннокислого аммония с образованием слоев полупроводника и дизлекто

рика толщиной 100Q А. Затем наносят верхний серебряный электрод толщиной

о

200 А резистивным напылением. Быстродействие предложенного устройства 1-10 с и менее. Таким образом, заявляемое решение позволяет создать датчики на основе оксидов титана, отличающихся от известных своей надежностью, обладающих повышенным-быстродействием.

Формула изобретения

1. Датчик газов и влажности, содержащий последовательно расположенные нижний электрод, пленку полупроводника, пленку диэлектрика и верхний электрод, выполненный из благородного металла, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и надежности датчика, нижний электрод .выполнен из титана, пленка полупроводника из оксида титана переменного состава, а пленка диэлектрика - из диоксида титана.

2. Способ изготовления датчика газов и влажности, включающий нанесение на ти- тансодержащий электрод слоя оксида титана путем анодного окисления и верхнего электрода, отличающийся тем, что, с целью идентичности изготовляемых датчиков, на титансодержащий электрод наносят пленку оксида .титана переменного состава и пленку диоксида титана, причем слои оксидов титана получают поэтапным анодным окислением аморфного титана.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что анодирование проводят в растворе 3%-ной винной кислоты.

Сущность изобретения: датчик содержит последовательно расположенные нижний электрод, пленку полупроводника, пленку диэлектрика и верхний электрод из благородного металла. Нижний электрод выполнен из титана, пленка полупроводника из оксида титана переменного состава, а пленка диэлектрика из диоксида титана. Способ изготовления датчика включает нанесение на титансодержащий электрод слоя оксида титана переменного состава, слоя диоксида титана путем анодного окисления титана v. верхнего электрода. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы.