DD287810A5 - METHOD FOR PRODUCING A HEATING LAYER - Google Patents

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DD287810A5
DD287810A5 DD33265089A DD33265089A DD287810A5 DD 287810 A5 DD287810 A5 DD 287810A5 DD 33265089 A DD33265089 A DD 33265089A DD 33265089 A DD33265089 A DD 33265089A DD 287810 A5 DD287810 A5 DD 287810A5
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DD
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heating
graphite
graphite oxide
heating layer
tube
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DD33265089A
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German (de)
Inventor
Gerhard Geppert
Horst Thielemann
Original Assignee
Adw,Institut Fuer Biotechnologie,De
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Heizschicht fuer Halbleiter-Gassensoren. Es wird eine Aufschlaemmung von Graphitoxid auf die Heizflaeche des Sensors aufgebracht. Durch einen nachfolgenden Luftstrom wird die ueberschuessige Aufschlaemmung von Graphitoxid entfernt und das an der Heizflaeche haften gebliebene Graphitoxid bei niedriger Temperatur getrocknet. Durch anschlieszendes langsames Erhitzen wird das Graphitoxid zersetzt, wobei eine Heizschicht aus einer graphitaehnlichen leitfaehigen Folie entsteht, die thermisch sehr stabil ist.{Heizschicht; Heizflaeche; Luftstrom; Kontaktierung, thermische Zersetzung; Halbleiter-Gassensor; Aufschlaemmung; Graphitoxid}The invention relates to a method for producing a heating layer for semiconductor gas sensors. It is a Aufschlaemmung of graphite oxide applied to the Heizflaeche of the sensor. The excess slurry of graphite oxide is removed by a subsequent air flow and the graphite oxide adhered to the heating surface is dried at low temperature. By subsequent slow heating, the graphite oxide is decomposed, whereby a heating layer of a graphitaehnlichen conductive film is formed, which is thermally very stable {heating layer; heating surface; Airflow; Contacting, thermal decomposition; Semiconductor gas sensor; slurry; graphite}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bei planen Gassensoren werden Heizschichten aus Metalloxiden, z.B. aus Rutheniumoxid (Oyabu, T.; J. of appl. Phys. 53, S.7125-7130) mittels Siebdruckverfahren auf das Substrat des Gassensors aufgebracht. Die für diese Heizschichten verwendeten Rohstoffe sind teuer und schwer beschaffbar. Außerdem ist das Aufbringen der Heizschichten im Siebdruckverfahren nur auf ebene Flächen beschränkt.In planar gas sensors, heating layers of metal oxides, e.g. from ruthenium oxide (Oyabu, T .; J. of Appl. Phys. 53, p.7125-7130) was applied to the substrate of the gas sensor by screen printing. The raw materials used for these heating layers are expensive and difficult to obtain. In addition, the application of the heating layers by screen printing is limited only on flat surfaces.

Gassensoren, bei denen sich die sensitive Schicht auf einem Röhrchen befindet, werden im allgemeinen dadurch beheizt, daß sich im Inneren des Röhrchens ein metallischer Widerstandsdraht, meistens als Wendel ausgebildet, befindet (z.B.Gas sensors in which the sensitive layer is located on a tube are generally heated by the fact that inside the tube is a metallic resistance wire, usually formed as a helix (e.g.

DE-AS 2640868). Die Einführung der meistens aus einem sehr dünnen Widerstandsdraht bestehenden Heizwendel in das Innere des Röhrens ist ohne spezielle Hilfsmittel nur schwer möglich und ein gleichmäßiger Abstand der Heizwendel von der Innenwand des Röhrchens ist nicht immer gewährleistet. Außerdem ist der Wärmeübergang selbst bei direktem Kontakt zwischen dem Heizdraht und dem Röhrchen nicht optimal.DE-AS 2640868). The introduction of the usually consisting of a very thin resistance wire heating coil in the interior of the tube is difficult without special tools and a uniform distance of the heating coil of the inner wall of the tube is not always guaranteed. In addition, the heat transfer is not optimal even with direct contact between the heating wire and the tube.

Ziel der Erflndi...^Goal of Erflndi ... ^

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, eine Heizschicht auf ebenen oder anders geformten Flächen oder im Inneren von dünnen Röhrchen in einfacher Technologie und mit billigen Ausgangsstoffen reproduzierbar herzustellen, die für die Beheizung von Halbleiter-Gassensoren geeignet ist.The object of the invention is to develop a method which makes it possible to reproducibly produce a heating layer on flat or otherwise shaped surfaces or in the interior of thin tubes in simple technology and with cheap starting materials which is suitable for the heating of semiconductor gas sensors.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, für Halbleiter-Gassensoren eine Heizschicht herzustellen, die ein gutes Haftvermögen auf der Heizfläche besitzt und somit einen guten Wärmeübergang gewährleistet, die temperaturstabil ist und einen zuverlässigen Kontakt mit den Stromzuführungsdrähten gewährleistet.The object of the invention is to produce a heating layer for semiconductor gas sensors, which has a good adhesion to the heating surface and thus ensures a good heat transfer, which is thermally stable and ensures reliable contact with the power supply wires.

Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, daß eine Aufschlämmung von Graphitoxid auf die Heizfläche aufgebracht wird, mit einem nachfolgenden Luftstrom die überschüssige Aufschlämmung von Graphitoxid entfernt und das an der Heizfläche haftengebliebene Graphitoxid bei einer Temperatur unterhalb 4O0C getrocknet wird und anschließend bei langsamer Temperaturerhöhung auf 1000°C erhitzt wird. Dabei zersetzt sich das Graphitoxid unter Abspaltung von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid und die gobildete graphitähnliche und leitfähige Folie besitzt ein gutes Haftvermögen auf der Heizfläche. Die Kontaktierung zur Stromzuführung kann vorher oder nachher erfolgen.According to the invention this is achieved in that a slurry of graphite oxide is applied to the heating surface, with a subsequent air flow, the excess slurry of graphite oxide removed and adhering to the heating surface graphite oxide is dried at a temperature below 40 0 C and then at a slow increase in temperature to 1000 ° C is heated. In this case, the graphite oxide decomposes with elimination of carbon dioxide and carbon monoxide and the gobiertes graphite-like and conductive film has a good adhesion to the heating surface. The contact with the power supply can be done before or after.

Ausführungsbeispielembodiment

Zur Herstellung eines beheizbaren röhrchenförmigen Halbleiter-Gassensors wird ein Röhrchen aus einem keramischen Material von 2 mm Außendurchmesser und einer Länge von 12 mm verwendet. Der innere Durchmesser des Röhrchens beträgt 1 mm. Für die Stromzuführung werden Platindrähte von 25mm Länge und 0,1 mm Durchmesser verwendet. Der erste Platindraht wird von einer Seite 8 mm in das Innere des Röhrchens eingebracht und mit Hilfe eines feuerfesten Kittes an der Innenwand des Röhrchens befestigt. Der zweite Platindraht wird von der anderen Seite ebenfalls 8 mm in das Röhrchen eingebracht und mit dem feuerfesten Kitt so befestigt, daß er an der Innenwand des Röhrchens genau gegenüber dem ersten Platindraht zu liegen kommt. Nach kurzem Einbrennen des Kittes und Abkühlen des Röhrchens wird in das Innere des Röhrchens eine Aufschlämmung von 15% nach bekannten Vorschriften frisch hergestelltes Graphitoxid in Wasser gesaugt. Die Graphitaufset,lämmung verbleibt etwa 2 Minuten im Röhrchen, wobei dieses zwecks Verhinderung einer Entmischung ständig gedreht wird. Mittels eines langsamen Luftstromes wird dann die überschüssige Graphitoxidaufschlämmung aus dem Röhrchen herausgeblasen. An der Innenwand des Röhrchens sowie an den dort befestigten Platindrähten bleibt eine dünne Schicht Graphitoxid zurück, die mit einem verstärkten Luftstrom 45 Minuten bei 259C getrocknet wird. Das Röhrchen mit dem Graphitoxid wird anschließend in einem speziellen Heizofen langsam erhitzt, wobei die Temperatur in Abständen von 5 Minuten um jeweils 10"C erhöht wird. Das Erhitzen wird abgebrochen, wenn eine Temperatur von 10000C erreicht ist. Nach dem Abkühlen wird zwecks Prüfung derFor manufacturing a heatable tubular semiconductor gas sensor, a tube of a ceramic material of 2 mm in outer diameter and 12 mm in length is used. The inner diameter of the tube is 1 mm. For the power supply platinum wires of 25mm length and 0.1mm diameter are used. The first platinum wire is inserted from one side 8 mm into the interior of the tube and fixed by means of a refractory cement to the inner wall of the tube. The second platinum wire is also inserted 8 mm into the tube from the other side and fixed with the refractory cement so that it comes to rest on the inner wall of the tube exactly opposite the first platinum wire. After a brief baking of the putty and cooling of the tube, a slurry of 15% graphite oxide freshly prepared by known procedures is drawn into the interior of the tube in water. The graphite padding remains in the tube for about 2 minutes, rotating it constantly to prevent segregation. By means of a slow stream of air, the excess graphite oxide slurry is then blown out of the tube. On the inner wall of the tube and attached to the platinum wires there remains a thin layer of graphite oxide, which is dried for 45 minutes at 25 9 C with an increased air flow. The tube containing the graphite oxide is then heated slowly in a special heating furnace, the temperature being increased at intervals of 5 minutes by 10 ° C. The heating is stopped when a temperature of 1000 ° C. is reached Examination of

Heizschicht an die aus d6m Röhrchen herausragenden Platindrähte eine Spannung von 12 Volt angelegt. Nach 5 Minuten ist in der Mitte des Röhrchens außen eine Temperatur von 300°C erreicht. Durch weitere Erhöhung der Spannung wird das Röhrchen in der Mitte bis zur Rotglut (etwa 8000C) aufgeheizt. Das auf diese Art geprüfte Röhrchen wird anschließend in bekannter Weise zu einem Meta'loxid-Gassensor weiterverarbeitet. Mittels der Heizschicht wird die aufgetragene sensitive Halbleiterschicht, die in diesem Beispiel aus Zinndioxid mit Zusatzstoffen besteht, bei einer Temperatur von etwa 8000C eingebrannt. Anschließend wird der Sensor bei einer Temperatur von 3000C betriebenHeating layer to the protruding from d6m tubes platinum wires applied a voltage of 12 volts. After 5 minutes, a temperature of 300 ° C is reached in the middle of the tube outside. By further increasing the voltage, the tube is heated in the middle to red hot (about 800 0 C). The tested in this way tube is then further processed in a known manner to a Meta'loxid gas sensor. By means of the heating layer, the applied sensitive semiconductor layer, which in this example consists of tin dioxide with additives, is baked at a temperature of about 800 ° C. Subsequently, the sensor is operated at a temperature of 300 0 C.

Die Heizschicht arbeitete während der Lebensdauer des Sensors (12 Monate) ohne Störungen. The heating layer worked during the life of the sensor (12 months) without interference.

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung einer Heizschicht für Halbleiter-Gassensoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschlämmung von Graphitoxid auf eine Heizfläche aufgebracht wird, mit einem nachfolgenden Luftstrom die überschüssige Aufschlämmung von Graphitoxid entfernt und das an der Heizfläche haftengebliebene Graphitoxid bei einer Temperatur unterhalb 4O0C getrocknet und anschließend bei langsamer Temperaturerhöhung auf 10000C bis zur Zersetzung des Graphitoxids erhitzt wird und daß die Kontaktierung zur Stromzuführung vorher oder danach erfolgt.A process for the preparation of a heating layer for semiconductor gas sensors, characterized in that applying a slurry of graphite on a heating surface is removed with a subsequent air flow, the excess slurry of graphite and dried, the adhesive remaining on the heating surface graphite at a temperature below 4O 0 C and is then heated at a moderate temperature increase to 1000 0 C until the decomposition of the graphite oxide and that the contact to the power supply before or after done. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung ist anwendbar zur Beheizung für alle Formen von Halbleiter-Gassensoren, die zur Bestimmung von Gasen und Dämpfen eingesetzt werden.'The invention is applicable to heating for all forms of semiconductor gas sensors used for the determination of gases and vapors.
DD33265089A 1989-09-14 1989-09-14 METHOD FOR PRODUCING A HEATING LAYER DD287810A5 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10100679A1 (en) * 2001-01-09 2002-07-11 Abb Research Ltd Carrier for components of microsystem technology

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