RU2206082C1 - Полупроводниковый металлооксидный датчик газов - Google Patents
Полупроводниковый металлооксидный датчик газов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206082C1 RU2206082C1 RU2001135955/28A RU2001135955A RU2206082C1 RU 2206082 C1 RU2206082 C1 RU 2206082C1 RU 2001135955/28 A RU2001135955/28 A RU 2001135955/28A RU 2001135955 A RU2001135955 A RU 2001135955A RU 2206082 C1 RU2206082 C1 RU 2206082C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- crystal
- sensor
- gas sensor
- sensitive layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области газоаналитической техники и аппаратуры, в частности к полупроводниковым металлооксидным датчикам для контроля токсичных и взрывоопасных газов. Сущность: датчик газов представляет собой кристалл кремния, покрытый изолирующим слоем диоксида кремния, на котором размещены нагреватель-термодатчик, выполненный в виде резистора из платины с подслоем титана, электроды встречно-штырьевой конструкции из того же материала для газочувствительного слоя и чувствительный слой, представляющий собой поликристаллическую пленку диоксида олова или другого металлооксидного полупроводника. Кристалл помещен в стандартный четырехвыводной металлостеклянный корпус, легко встраиваемый в газовые системы. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции и повышении надежности газового датчика. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области газоаналитической техники и аппаратуры, в частности к полупроводниковым металлооксидным датчикам для контроля токсичных и взрывоопасных газов.
Известны конструкции датчиков, которые представляют собой изолирующую подложку, на которой находится резистивный нагревательный элемент из металла с изолирующим покрытием или без него, термодатчик для контроля температуры чувствительного элемента, газочувствительный элемент с электродами для снятия выходного сигнала в ответ на действие газа, влажности и других внешних воздействий. Перечисленные выше элементы могут располагаться как на одной стороне подложки, так и с противоположных сторон /1,2/.
Однако эти датчики отличаются сложностью конструкций и технологии их изготовления, а также их высокой стоимостью за счет большого числа операций. Возможно ухудшение изоляционных свойств соответстствующих покрытий при высоких температурах и в результате этого возникновения электрической связи между элементами датчика, расположенными в различных слоях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является конструкция газового датчика, содержащая резистивный нагревательный элемент и термодатчик из платины и титана одинаковой топологии, размещенные по краям кристалла датчика. В центре кристалла находится контактная система из того же материала для газочувствительного слоя. Газочувствительный элемент представляет собой полупроводник из оксида металла /3/.
Недостатком данного устройства является расположение нагревателя на одном краю кристалла датчика, что приводит к возникновению градиента температуры вдоль кристалла, большая рассеиваемая мощность, а также и то, что функцию нагревателя и термодатчика выполняют два разных резистивных элемента.
Изобретение направлено на упрощение конструкции, уменьшение площади кристалла датчика, снижение потребляемой мощности, улучшение равномерности нагрева и повышение надежности газового датчика. Это достигается тем, что нагреватель расположен по периметру вдоль трех сторон кристалла и совмещен в одной тонкопленочной структуре с термодатчиком, а контактные слои выполнены в виде однослойных планарных структур. Расстояние между крайними элементами датчика уменьшается до 0,8 мм.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен вид газового датчика сверху; на фиг.2 - поперечный разрез.
Позиции на чертеже обозначают:
подложка из кремния - 1; изолирующий слой диоксида кремния - 2; нагреватель-термодатчик платина с подслоем титана - 3; контакты под чувствительный элемент - 4, 5; газочувствительный слой - 6; контактные площадки - 7.
подложка из кремния - 1; изолирующий слой диоксида кремния - 2; нагреватель-термодатчик платина с подслоем титана - 3; контакты под чувствительный элемент - 4, 5; газочувствительный слой - 6; контактные площадки - 7.
Газовый датчик представляет собой кристалл кремния, покрытый слоем диоксида кремния, на котором скомпонованы элементы датчика по стандартной планарной технологии. Контактные площадки из платины с подслоем титана сгруппированы с одной стороны кристалла, чтобы облегчить выполнение заключительной технологической операции нанесения диоксида олова с использованием маски или фотолитографии.
Вдоль трех других сторон кристалла размещен резистор на основе платины с подслоем титана, который одновременно является и термодатчиком. Такая конструкция нагревателя имеет стандартное напряжение питания (1,5 , 3 , 6 , 12 В) и малую потребляемую мощность (менее 500 мВт). Газочувствительный элемент представляет собой поликристаллическую пленку металлооксидного полупроводника (например, диоксида олова), нанесенную на поверхность кристалла через маску или в окна, вскрытые при фотолитографии. Поскольку удельное сопротивление чувствительного слоя велико, то контактная система, помещенная в центр кристалла, представляет собой встречно-штырьевую конструкцию, что согласуется с зернистой структурой поликристаллических пленок.
Кристалл помещен в стандартный четырехвыводной металлостеклянный корпус типа ТО-5, легко встраиваемый в газовые системы.
В качестве примера исполнения датчика можно предложить следующую конструкцию. На кристалле размером 1000x1000 мкм из Si, покрытого слоем SiO2, толщиной порядка 1 мкм, размещены элементы датчика, выполненные по стандартной пленарной технологии. Контактные площадки размером 120x120 мкм из платины с подслоем титана сгруппированы вдоль одной стороны кристалла. Нагреватель (термодатчик), выполненный из платины с подслоем титана, имеет топологию тонкопленочного резистора с сопротивлением около 60 Ом и расположен по периметру вдоль трех сторон кристалла. В центре кристалла помещена контактная система для газочувствительного слоя из того же материала, представляющая собой встречно-штырьевую конструкцию из (13-17) контактных полосок шириной (18 - 20) мкм с зазором (19-21) мкм. Газочувствительный элемент представляет собой поликристаллическую пленку любого металлооксидного полупроводника, нанесенную на поверхность кристалла через маску или в окна, вскрытые фотолитографией, магнетронным (ионно-лучевым) реактивным распылением или другим способом.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы чувствительный элемент датчика 6 нагревают до рабочей температуры, соответствующей максимальной адсорбции выбранного газа. Нагрев осуществляется путем подачи разности потенциалов заданной величины (1,5-6) В на контакты нагревателя 3. Производится регистрация исходного сопротивления газочувствительного слоя 6 и контролируется его рабочая температура по величине сопротивления нагревателя. Затем датчик помещается в анализируемую газовую смесь. Адсорбция газа приводит к изменению сопротивления пленки газочувствительного слоя. Регистрация изменения величины сопротивления газочувствительного слоя позволяет судить о концентрации газа в анализируемой газовоздушной смеси.
Источники информации
1. Патент Японии 1-196556, G 01 N 27/12, опублик. 1989.
1. Патент Японии 1-196556, G 01 N 27/12, опублик. 1989.
2. Патент Германии 0018.96, G 01 N 27/14, опублик. 08.12.94.
3. Патент РФ 2114422, G 01 N 27/12, опублик. 1998 (прототип).
Claims (1)
- Полупроводниковый металлооксидный датчик газов, представляющий собой изолирующую подложку с размещенными на ней нагревателем, электродами для газочувствительного слоя и газочувствительным слоем, отличающийся тем, что нагреватель расположен по периметру вдоль трех сторон кристалла и совмещен в одной тонкопленочной структуре с термодатчиком, а контактные слои выполнены в виде однослойных планарных структур.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001135955/28A RU2206082C1 (ru) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Полупроводниковый металлооксидный датчик газов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001135955/28A RU2206082C1 (ru) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Полупроводниковый металлооксидный датчик газов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2206082C1 true RU2206082C1 (ru) | 2003-06-10 |
Family
ID=29211282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001135955/28A RU2206082C1 (ru) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Полупроводниковый металлооксидный датчик газов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2206082C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014151498A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Cooper Technologies Company | Heaters for electromagnetic wave transmitting surfaces |
US20220170872A1 (en) * | 2019-06-06 | 2022-06-02 | Nissha Co., Ltd. | Method for Calculating Concentration Ratio of Two Component Gas and Method for Calculating Concentration of Detection Target Gas |
-
2001
- 2001-12-27 RU RU2001135955/28A patent/RU2206082C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014151498A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Cooper Technologies Company | Heaters for electromagnetic wave transmitting surfaces |
US9234656B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-01-12 | Coopert Technologies Company | Heaters for electromagnetic wave transmitting surfaces in cold-temperature environments |
US20220170872A1 (en) * | 2019-06-06 | 2022-06-02 | Nissha Co., Ltd. | Method for Calculating Concentration Ratio of Two Component Gas and Method for Calculating Concentration of Detection Target Gas |
US11692957B2 (en) * | 2019-06-06 | 2023-07-04 | Nissha Co., Ltd. | Method for calculating concentration of detection target gas |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5783154A (en) | Sensor for reducing or oxidizing gases | |
Wöllenstein et al. | A novel single chip thin film metal oxide array | |
US5345213A (en) | Temperature-controlled, micromachined arrays for chemical sensor fabrication and operation | |
EP0376721B1 (en) | Moisture-sensitive device | |
Capone et al. | Moisture influence and geometry effect of Au and Pt electrodes on CO sensing response of SnO2 microsensors based on sol–gel thin film | |
WO1994010559A9 (en) | Temperature-controlled, micromachined arrays for chemical sensor fabrication and operation | |
US6557393B1 (en) | Thin film ppb oxygen sensor | |
US11543378B2 (en) | Gas sensors | |
JP4880931B2 (ja) | プラットフォームチップを備えるセンサの使用方法 | |
WO2004095013A1 (en) | A thin semiconductor film gas sensor device | |
JP3032168B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP2005530984A (ja) | 電場を印加することによりガス感知特性を制御する微細構造化されたガスセンサー | |
RU2206082C1 (ru) | Полупроводниковый металлооксидный датчик газов | |
JP4913866B2 (ja) | 感応センサ及びその製造方法 | |
JP3831524B2 (ja) | 赤外線ガス分析計用流量検出素子とその製造方法 | |
CN104115288B (zh) | 具有高测量准确度的红外光传感器芯片与用于制造红外光传感器芯片的方法 | |
RU2114422C1 (ru) | Полупроводниковый датчик газов | |
RU2257567C1 (ru) | Твердотельный интегральный датчик газов | |
RU2291417C1 (ru) | Датчик определения концентрации газов | |
KR101992022B1 (ko) | 반도체식 가스센서 | |
JPH0220681Y2 (ru) | ||
JPH01313751A (ja) | ガスセンサ | |
JP2002250655A (ja) | 赤外線検知素子およびその製造方法 | |
JP3676194B2 (ja) | 窒素酸化物ガスセンサ | |
JPH11344457A (ja) | 臭いセンサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031228 |