RU217599U1 - Газочувствительный датчик на основе графеноподобных структур - Google Patents
Газочувствительный датчик на основе графеноподобных структур Download PDFInfo
- Publication number
- RU217599U1 RU217599U1 RU2022108896U RU2022108896U RU217599U1 RU 217599 U1 RU217599 U1 RU 217599U1 RU 2022108896 U RU2022108896 U RU 2022108896U RU 2022108896 U RU2022108896 U RU 2022108896U RU 217599 U1 RU217599 U1 RU 217599U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphene
- gas
- cathode
- anode
- layer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области микро- и наноэлектроники и может быть применена в качестве наноразмерного устройства детекции газов и паров. Газочувствительный датчик на основе графеноподобных структур включает в себя подложку из карбида кремния, на которой формируется острийная структура методом фокусированных ионных пучков, на которой методом плазмохимического травления во фторидной плазме формируется газочувствительный графеноподобный слой, выполненный в качестве анода, верхняя крышка выполнена из карбида кремния, на которой формируется графеноподобный слой, выступающий в качестве катода. При этом согласно полезной модели, газочувствительный датчик содержит опоры, сформированные из оксида кремния, которые обеспечивают зазор между анодом и катодом, ионизационная газовая ячейка образуется анодом, зазором и катодом, а газ попадает в датчик через технологические отверстия, расположенные в углах датчика. Техническим результатом полезной модели является создание энергоэффективного газочувствительного датчика на основе графеноподобных структур.
Description
Полезная модель относится к области микро- и наноэлектроники и может быть применена в качестве наноразмерного устройства детекции газов и паров.
Из существующего уровня техники аналогом заявляемого устройства является «Графеновый сенсор для регистрации газообразных веществ» (RU 2674557 C1, опубл. 11.12.18), который имеет в своей конструкции диэлектрическую подложку, сформированную из SiC, на поверхности которой сублимацией карбида кремния получен слой графена; контакт со слоем графена обеспечивается за счет контактных площадок, расположенных по торцам в предусмотренных канавках, выполненных ионно-лучевым травлением.
Признаками аналога, которые совпадают с существенными признаками полезной модели являются:
а) слой графена на поверхности подложки;
б) диэлектрическая подложка, выполненная из SiC;
в) контактные площадки, контактирующие со слоем графена.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, является ограниченный срок службы, который определяется прочностью соединения диэлектрической подложки, выполненной из SiO2 со слоем графена и слоя графена с контактными площадками, полученными электронно-лучевым напылением непосредственно на поверхность слоя графена при воздействии механических и термических колебаний.
Известен аналог «Активный элемент на основе графена для газоанализаторов электропроводного типа» (RU 2716038 C1 опубл. 05.03.2020), сущность которого состоит в использовании в качестве активного элемента электродов газоанализаторов графеновый материал, который состоит из волокон, образуемых свободным графеном, который не связан с физической подложкой, выполненной из какого-либо другого материала.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками полезной модели, является активный элемент на основе графена.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются сложности получения бездефектного чистого графена.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является «Газовый сенсор на основе углеродных нанотрубок» (RU 187907 опуб. 21.03.2019), основными компонентами которого являются: подложка, на которой сформирован контактный слой, обеспечивающий за счет проводящего материала контакт к аноду из углеродных нанотрубок (УНТ); катод из проводящего материала; опоры, материалом которых является неорганический диэлектрик и которые обеспечивают между анодом и катодом зазор; каналов для циркуляции газа; крышка из полупроводникового или диэлектрического материала, на которой формируется катод и верхний электрод из проводящего материала; нижний электрод, сформированный из проводящего материала; сорбционный газочувствительный слой, сформированный из УНТ, который образует между нижним и верхним электродами сопротивление.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками полезной модели, являются:
а) чувствительная элемент представляет собой углеродную наноструктуру;
б) подложка из диэлектрического материала;
в) зазор между анодом и катодом, сформированный из диэлектрического материала.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, является: наличие дефектов в УНТ; неравномерность по толщине (количеству слоев); неравномерность по высоте.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание энергоэффективного газочувствительного датчика на основе графеноподобных структур.
Для достижения технического результата в энергоэффективном газочувствительном датчике на основе графеноподобных структур, содержащем подложку из карбида кремния, чувствительную область из графеноподобного слоя, зазор между анодом и катодом, выполненный из оксида кремния, который формируется с помощью опор из оксида кремния, отличающийся тем, что на подложке методом фокусированных ионных пучков формируется острийная структура, на которой методом плазмохимического травления формируется газочувствительный слой, выступающий в качестве анода, на верхнюю крышку устройства наносится графеноподобный слой, выступающий в качестве катода, а технологические отверстия расположены в углах устройства.
Предлагаемый объект поясняется фиг 1, 2, 3, где на фиг. 1 изображен датчик газа в разрезе, фиг. 2 показывает вид сверху без верхней крышки, фиг. 3 изображает датчик сверху с верхней крышкой.
Газовый датчик (Фиг. 1, 2) включает в себя подложку 1 из карбида кремния, на которой формируется острийная структура 2 методом фокусированных ионных пучков. На сформированной структуре 2 методом плазмохимического травления во фторидной плазме формируется газочувствительный графеноподобный слой 3, выполненный в качестве анода. Верхняя крышка 4 выполнена из карбида кремния, на которой формируется графеноподобный слой, выступающий в качестве катода 6. Опоры 5, сформированные из оксида кремния, обеспечивают зазор между анодом 3 и катодом 6. Ионизационная газовая ячейка образуется анодом 3, зазором и катодом 6. Газ попадает в датчик через технологические отверстия 7, расположенные в углах датчика.
Устройство работает следующим образом. Молекулы детектируемого газа попадают в датчик через технологические отверстия, расположенные по углам. При подаче напряжения между анодом 3 и катодом 6 возникает высокая напряженность электрического поля в ионизационной ячейке, которая образуется из газочувствительного элемента в виде острийных структур, покрытых графеноподобной пленкой 3, и верхнего контакта 6, который является графеноподобным слоем, образованным на верхней крышке устройства. Ионы газа проходят через чувствительную зону датчика и дают вклад в ионизационный ток, который, в свою очередь, влияет в снимаемое значение напряжения. У каждого детектируемого газа имеется характерное для него изменение напряжения, что позволяет идентифицировать газ. Электроны, двигаясь под действием электрического поля от катода к аноду, сталкиваются с газовыми молекулами вызывают их ионизацию.
Технико-экономические преимущества заявляемого устройства перед известными заключаются в том, что в разработке используются графеноподобные пленки, полученные комбинацией методов плазмохимического травления и фокусированных ионных пучков, что позволит снизить потребление энергии устройством на 30%, и сделать его в миниатюрном исполнении без потерь выходных характеристик, также устройство отличается повышенной селективностью и чувствительностью к молекулам газов, например, таких как NH3, СО, NO2, а также парам спиртов и Н2О и параметры функционирования устройства не зависят от посторонних факторов окружающей среды, таких как температура, влажность и течение газовых потоков.
Claims (1)
- Энергоэффективный газочувствительный датчик на основе графеноподобных структур, содержащий подложку из карбида кремния, чувствительную область из графеноподобного слоя, зазор между анодом и катодом, выполненный из оксида кремния, который формируется с помощью опор из оксида кремния, отличающийся тем, что на подложке методом фокусированных ионных пучков формируется острийная структура, на которой методом плазмохимического травления формируется газочувствительный графеноподобный слой, выступающий в качестве анода, на верхнюю крышку устройства наносится графеноподобный слой, выступающий в качестве катода, а технологические отверстия расположены в углах устройства.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU217599U1 true RU217599U1 (ru) | 2023-04-07 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2098806C1 (ru) * | 1994-02-11 | 1997-12-10 | Акционерное общество закрытого типа "Сенсорные системы" | Газочувствительный толстопленочный датчик |
RU2196981C2 (ru) * | 2000-11-20 | 2003-01-20 | Саито Такеши | Газочувствительный датчик |
RU187907U1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-03-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Газовый сенсор на основе углеродных нанотрубок |
RU2716038C1 (ru) * | 2018-12-26 | 2020-03-05 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Активный элемент на основе графена для газоанализаторов электропроводного типа |
US10808992B2 (en) * | 2014-07-21 | 2020-10-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Gas sensor, refrigerator including same and control method therefor |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2098806C1 (ru) * | 1994-02-11 | 1997-12-10 | Акционерное общество закрытого типа "Сенсорные системы" | Газочувствительный толстопленочный датчик |
RU2196981C2 (ru) * | 2000-11-20 | 2003-01-20 | Саито Такеши | Газочувствительный датчик |
US10808992B2 (en) * | 2014-07-21 | 2020-10-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Gas sensor, refrigerator including same and control method therefor |
RU187907U1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-03-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Газовый сенсор на основе углеродных нанотрубок |
RU2716038C1 (ru) * | 2018-12-26 | 2020-03-05 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Активный элемент на основе графена для газоанализаторов электропроводного типа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101772575B1 (ko) | 저전력 구동을 위한 마이크로 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법 | |
JPH09210963A (ja) | 固体ガスセンサー | |
CN102081071B (zh) | 碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器 | |
CN102081073B (zh) | 一种微纳米碳纳米管薄膜三电极传感器 | |
JP2007183270A (ja) | 炭素ナノチューブを利用したガスセンサー及びその測定方法 | |
KR102140450B1 (ko) | 공중부유형 단일 탄소나노와이어 및 중첩형 나노 전극쌍의 제조방법 | |
CN102095781B (zh) | 碳纳米管薄膜电离式传感器及其检测单一气体浓度的方法 | |
CN102175755A (zh) | 一种碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器及其制备方法 | |
US7564246B2 (en) | Pressure sensor using field emission of carbon nano-tube | |
KR20130033939A (ko) | 공중부유형 탄소 나노와이어 기반 가스센서 및 온도센서 제조방법 | |
RU217599U1 (ru) | Газочувствительный датчик на основе графеноподобных структур | |
Li et al. | Humidity sensing properties of morphology-controlled ordered silicon nanopillar | |
Song et al. | CNT-based sensor array for selective and steady detection of SO2 and NO | |
CN102081067A (zh) | 碳纳米管薄膜电离式二氧化氮传感器及其浓度测量方法 | |
CN118032873A (zh) | 一种硫化氢气体传感器及其制备工艺 | |
CN102095786B (zh) | 碳纳米管薄膜三电极氢气传感器及其浓度测量方法 | |
RU144097U1 (ru) | Ионизационный газовый сенсор на основе углеродных нанотрубок | |
RU187907U1 (ru) | Газовый сенсор на основе углеродных нанотрубок | |
CN104062350B (zh) | 一种用于检测铜金属蒸气浓度的多电极微型传感器 | |
CN102081069B (zh) | 碳纳米管薄膜三电极传感器及其检测单一气体浓度的方法 | |
KR102233424B1 (ko) | 접촉 저항이 개선된 가스센서 및 이의 제조 방법 | |
CN110342456B (zh) | 一种基于mems的电离真空计及其制备方法 | |
US20120049854A1 (en) | Nanowire based gas ionization sensor | |
KR102651194B1 (ko) | 공중 부유형 탄소 나노와이어를 이용한 3ω 방법 기반 가스센서 및 그 제조 방법 | |
US20210239638A1 (en) | Method for fabrication of mems integrated sensor and sensor thereof |