CS198704B1 - q;ranzigtor řízený polem ke stanovení koncentraóe kyslíku - Google Patents

Description

Vynález se týká tranzistoru řízeného polem, který je vhodný k měření koncentrace kyslíku, a tím tedy i jeho parciálního tlaku.

Vynález je vhodný k měření koncentrace kyslíku ve vzduchu i jiných plynech, dá se ho použít ke stanovení parciálního tlaku kyslíku v prostředí vakua a je možné jím kontrolovat i spalovací procesy. Při tom je možno měřit plynule a sledovat změny koncentrace kyslíku v čase.

Dosud známá zařízení použitelná k měření parciálního tlaku kyslíku se opírají o následující principy:

Využití poměrně velké magnetické susceptibility kyslíku ve srovnání s jinými plyny s dolní měřicí hranicí asi při 1 % kyslíku ve směsi plynů.

Měření na základě různé tepelné vodivosti plynů. Tato metoda je málo vhodná, spíše se hodí pro určení koncentrace vodíku. V případě stanovení kyslíku je málo citlivá a zatížena poměrně velikou chybou.

Měření na základě různého indexu lomu. Je dostatečně citlivé, ale vyžaduje náročné a drahé zařízení obsluhované kvalifikovanými silami. Nehodí se k měření plynulých změn koncentrace, zautomatizování metody je rovněž velmi obtížné.

Pomocí hmotových spektrometrů. Tato zařízení snad umožňují měření nejmenších koncentrací

198 704

19B 704 plynů vůbec, jsou dostatečně oitlivá, dá ee u nioh dosáhnout velké rozlišovaoí schopnosti. Jde však o drahé a oitlivé přístroje* mají žhavenou katodu a jejioh provoz je komplikován a zdražován tím* že ke své funkoi potřebují trvalého předčerpávání na tlak nejméně 10 Pa. Vyžadují odbornou a kvalifikovanou obsluhu.

Princip využívající různé ionizace plynů, například při použití alfatronu. Je nevýhodný tím, že musí být známo složení směsi.

Měření pomooí analyzátorů založených na tzv. tepelném zabarvení. Jsou vhodná k měření koncentrací plynů e mezí u coa 1 % objemových* potom je měření buď nemožné, nebo zatížpno neúnosnou ohýbou, čidla jsou choulostivá.

Polerografiokými analyzátory se dá dosáhnout vynikající přesnosti* při měření je však nutno pracovat a kapalinemi. Nejsou vhodné pro měření ve zředěných plynech ve vakuu* neboť by ee tyto kapaliny vypařily. Metoda je málo operativní.

Pomooí analytickýoh přístrojů založených na eorbční metodě, někdy účelně kombinované 8 konduktometriokými analyzátory. Jsou vhodné k oejchovním účelům* přístroje jsou laboratorního provedení, vyžadují kvalifikovanou obsluhu a nejsou vhodné k měření ryohlýoh změn konoentrace kyslíku. Měření jsou časově i přístrojově náročná.

Měření elektrochemická, případně fyzikálně-ohemioká, založená na depolarizačních účincích kyslíku v elektrochemioké cele e ooulometriokým měřením. Patří eiee také do skupiny nejoitlivějSích metod ke stanovení konoentrace kyslíku, k jejioh funkoi je však potřebný elektrolyt, tekže nejsou vhodná k měřením za sníženého tlaku* ani v tzv. suchých verzích, kde je elektrolyt oddělen od měřeného plynu propustnou diafragmou. Oitlivé přístroje mají velké povrchy elektrod, na niohž dochází ke značné eorbci testovaného plynu. Také jejich objemy bývají veliké. Proto se tato zařízení nejčeetěji používají k testování většíoh průtokových množství plynů. Do skupiny těchto měření např. patří dnes často používaná metoda na základě Hereohovy cely.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje tranzistor řízený polem ke stanovení konoentraoe kyslíku podle vynálezu* jehož podstata spočívá v tom, že je opatřen hradlem ze stříbra* popřípadě jeho slitiny např. s mědí, zlatém* oínem apod. propustným pro kyslík.

Příkladné provedení tranzietoru řízeného polem ke Stanovení konoentraoe kyslíku podle vynálezu je znázorněno na výkrese.

Trenzietor řízený polem ke stanovení konoentrace kyslíku podle vynálezu sestává z polovodičového substrátu £ zhotoveného z křemíku* germania, popřípadě i z polovodičové slitiny* na němž je vytvořen vodivostní kanál £ typu P nebo N s vyvedenými ohmiokými kontakty 2, který je izolován oo nejtenčí izolační vrstvou £ například kysličníku křemičitého apod., na níž je nekoneo nanesena vrstva stříbra* popřípadě slitina stříbra* tvoříoí hradlo 2 tranzistoru. Toto hradlo £ vytvořené ee stříbra nebo slitiny stříbra může být spojeno galvanioky buí s polovodičovým substrátem £, nebo s jedním ohmickým kontaktem J, vodivostního kanálu £, může však být také izolované vyvedeno na patioi tranzietoru řízeného polem* jak je běžné a může- potom na ně být přiváděno z vnějšího zdroje vhodné elektrické napětí.

19β 704

Výhodou je, že takový tranzistor může být vyroben běžnou technologií hromadné výroby tranzistorů řízených polem s využitím většiny stávajících přípravků a technologií. Po zhotovení je možno tranzistor řízený polem zapouzdřit do pouzdra s otvory, aby jimi mohl k hradlu g proudit měřený plyn. Při měření se celek zahřívá na teplotu mezi 80 až 150 °C, přičemž kyslík obsažený v detekovaném plynu jako jediný difunduje stříbrem, nebo jeho slitiny až k rozhraní hradlo g - izolační vrstva £ a způsobí úměrně ke své koncentraci změnu stykového potenciálu mezi ním a polovodičovým substrátem £. Na tuto změnu velmi citlivě reaguje vodivostní kanál 2 ať již typu P, nebo N změnou svého odporu nebo vodivosti, protože se nachází ve velmi silném elektrickém poli vyvolaném stykovým potenciálem.

Proto je změna odporu nebo vodivosti vodivostního kanálu 2 úměrná koncentraci kyslíku a dá se obvyklými způsoby snadno měřit. Důležité je, aby izolační vrstva 4 byla 00 nejtenčí, čímž se dosáhne co největší intenzity elektrického pole a teké největší citlivosti. Předpoklá dáme-li izolační vrstvu £ tloušťky 10“^m, lze pro práh citlivosti předpokládat asi 2 ppm.

Vzhledem k tomu, že je možné vyrobit tranzistor řízený polem ke stanovení koncentrace kyslíku podle vynálezu běžnou polovodičovou technologií, tedy na polovodičových substrátech £ o rozměrech menších než 0,25 x 0,25 mm, stává se tranzistor podle vynálezu jedním z nejmenších čidel k měření koncentrace kyslíku, neboť při běžném zapouzdření zaujme prostor menší, než coa 0,3 cm^ a při měření prakticky v měřeném prostoru nespotřebovává kyslík. Je proto zvlášť vhodný k analýzám malých i hermeticky uzavřených objemů. Vzhledem k tomu, že neobsahuje elektrolyt, je vhodný k měřením i ve vakuových prostředích.

Claims (1)

1. Tranzistor řízený polem ke stanovení koncentrace kyslíku, vyznačený tím, že jé opatřen hradlem (5), které je tvořeno vrstvou stříbra, popřípadě jeho slitiny, například s mědí nebo zlatém, propustným pro kyslík.