RU2231052C1 - Method of manufacture of thin-film sensor for determination of concentration of methane in gas mixture - Google Patents

Method of manufacture of thin-film sensor for determination of concentration of methane in gas mixture Download PDF

Info

Publication number
RU2231052C1
RU2231052C1 RU2002126832/28A RU2002126832A RU2231052C1 RU 2231052 C1 RU2231052 C1 RU 2231052C1 RU 2002126832/28 A RU2002126832/28 A RU 2002126832/28A RU 2002126832 A RU2002126832 A RU 2002126832A RU 2231052 C1 RU2231052 C1 RU 2231052C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methane
concentration
thin
layer
gas
Prior art date
Application number
RU2002126832/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002126832A (en
Inventor
А.В. Ударатин (RU)
А.В. Ударатин
М.И. Федоров (RU)
М.И. Федоров
Original Assignee
Вологодский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вологодский государственный технический университет filed Critical Вологодский государственный технический университет
Priority to RU2002126832/28A priority Critical patent/RU2231052C1/en
Publication of RU2002126832A publication Critical patent/RU2002126832A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2231052C1 publication Critical patent/RU2231052C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: semiconductor sensory engineering.
SUBSTANCE: proposed method includes applying gas sensitive layer of chemically pure magnesium phthalocyanine no more than 15 nm in thickness on substrate made from devitrified glass and provided with raster electrodes made from anti-corrosive alloy; this layer is subjected to technological activation and alloying by air oxygen.
EFFECT: facilitated procedure; low cost.
3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к полупроводниковой сенсорной технике и может быть использовано для изготовления недорогих и простых в изготовлении датчиков для определения концентрации метана в газовой среде.The invention relates to semiconductor sensor technology and can be used for the manufacture of inexpensive and easy to manufacture sensors for determining the concentration of methane in a gas environment.

Известен способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа газовой среды (патент PL 137250, кл. G 01 N 27/00, 1989), который включает нанесение газочувствительного слоя на подложку с электродами и технологическую активацию этого слоя.A known method of manufacturing a thin-film sensor for gas analysis (patent PL 137250, class G 01 N 27/00, 1989), which includes applying a gas-sensitive layer to a substrate with electrodes and technological activation of this layer.

К недостаткам датчика, полученного данным способом, относятся низкая чувствительность (18 мг/м3), большое время регенереции (15 мин), высокая рабочая температура (150°С) и сложность технологии изготовления (многократный - 11 циклов прогрев газочувствительного слоя).The disadvantages of the sensor obtained by this method include low sensitivity (18 mg / m 3 ), long regeneration time (15 min), high operating temperature (150 ° C) and the complexity of the manufacturing technology (multiple - 11 cycles of gas-sensitive layer heating).

Известен способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа аммиака в газовой среде (патент RU 2172951, кл. G 01 N 27/12, 2001), принятый за прототип, который заключается в следующем.A known method of manufacturing a thin-film sensor for the analysis of ammonia in a gas environment (patent RU 2172951, class G 01 N 27/12, 2001), adopted for the prototype, which consists in the following.

На ситалловую подложку с растровыми электродами в вакууме наносится термической возгонкой тонкий слой (20 нм) фталоцианина меди, очищенного химическими методами. Температура подложки в процессе конденсации фталоцианина меди из газовой фазы поддерживалась 195-205°С. После напыления слой фталоцианина меди подвергался легированию кислородом в низком вакууме.A thin layer (20 nm) of copper phthalocyanine purified by chemical methods is applied to a ceramic substrate with raster electrodes in vacuum by thermal sublimation. The temperature of the substrate during the condensation of copper phthalocyanine from the gas phase was maintained at 195–205 ° С. After spraying, the copper phthalocyanine layer was doped with oxygen in a low vacuum.

Однако в полученном по такому способу тонкопленочном датчике для газового анализа в процессе эксплуатации выявлены следующие недостатки:However, in the thin-film sensor obtained by this method for gas analysis during operation, the following disadvantages were identified:

1. Большая площадь датчика - 6,25 см2 (25×25 мм).1. The large area of the sensor is 6.25 cm 2 (25 × 25 mm).

2. Высокая рабочая температура - 95°С.2. High operating temperature - 95 ° C.

3. Высокое рабочее напряжение - до 36 В.3. High operating voltage - up to 36 V.

4. Необходимость регенерации датчика (прогрев до 135°С в течение 4-5 минут).4. The need for sensor regeneration (warming up to 135 ° C for 4-5 minutes).

Изобретение направлено на упрощение технологии изготовления датчика газа и снижения его стоимости.The invention is aimed at simplifying the manufacturing technology of a gas sensor and reducing its cost.

Это достигается тем, что на ситалловую подложку с растровыми электродами из антикоррозийного сплава наносится газочувствительный слой химически очищенного органического полупроводника толщиной не более 15 нм, который подвергается технохимической активации и легированию кислородом воздуха. В качестве органического полупроводника использован MgPc.This is achieved by the fact that a gas-sensitive layer of a chemically refined organic semiconductor with a thickness of not more than 15 nm is deposited on a ceramic substrate with raster electrodes of an anticorrosive alloy, which is subjected to technochemical activation and doping with atmospheric oxygen. As an organic semiconductor used MgPc.

На фиг.1 изображен полупроводниковый датчик газа метана, где 1 - растровые электроды; 2 - слой фталоцианина магния; 3 - ситалловая подложка. На фиг.2 показана зависимость чувствительности (Rг/R0) датчика от концентрации метана. На фиг.3 изображена зависимость десятичного логарифма чувствительности датчика от концентрации метана.Figure 1 shows a semiconductor methane gas sensor, where 1 is a raster electrodes; 2 - a layer of magnesium phthalocyanine; 3 - sitallovy substrate. Figure 2 shows the dependence of the sensitivity (R g / R 0 ) of the sensor on the concentration of methane. Figure 3 shows the dependence of the decimal logarithm of the sensitivity of the sensor on the concentration of methane.

Предлагаемый способ изготовления тонкопленочного датчика для анализа метана в газовой среде заключается в следующем:The proposed method of manufacturing a thin-film sensor for the analysis of methane in a gas environment is as follows:

1. На ситалловую подложку (фиг.1, поз.3) с растровыми электродами из антикоррозийного сплава (фиг.1, поз.1), нагретую до 200°С в вакууме 10-3 Па, наносится термической возгонкой тонкий слой (15 нм) фталоцианина магния (фиг.1, поз.2), очищенного химическими методами.1. A thin layer (15 nm) is applied by thermal sublimation on a ceramic substrate (Fig. 1, pos. 3) with scanning electrodes made of an anticorrosive alloy (Fig. 1, pos. 1), heated to 200 ° C in a vacuum of 10 -3 Pa. ) magnesium phthalocyanine (figure 1, position 2), purified by chemical methods.

2. Легирование слоя MgPc кислородом воздуха.2. Doping of the MgPc layer with atmospheric oxygen.

Новым в предлагаемом способе по сравнению с прототипом является:New in the proposed method compared to the prototype is:

1. использование в качестве газочувствительного слоя органического полупроводника MgPc оптимальном толщины не более 15 нм;1. the use of an optimum thickness of not more than 15 nm as the gas-sensitive layer of the organic semiconductor MgPc;

2. площадь ситалловой подложки уменьшена до 1 см2 благодаря использованию органического полупроводника фталоцианина магния (MgPc), обладающего проводимостью σ=10-7 Ом-1·м-1, что на два порядка выше, чем у фталоцианина меди (σ=2·10-10 Ом-1·м-1);2. the area of the glass substrate is reduced to 1 cm 2 due to the use of an organic semiconductor of magnesium phthalocyanine (MgPc) having a conductivity of σ = 10 -7 Ohm -1 · m -1 , which is two orders of magnitude higher than that of copper phthalocyanine (σ = 2 · 10 -10 Ohm -1 · m -1 );

3. легирование кислородом воздуха.3. doping with atmospheric oxygen.

Изготовление тонкопленочного датчика для анализа метана в газовой среде предлагаемым способом позволило получить чувствительность измерения концентрации (С) метана 0,05% в объеме воздуха и линейную зависимость IgRг/Rо от концентрации (фиг.2), сократить расход органического полупроводника на изготовление, упростить технологию изготовления датчика и улучшить технические характеристики.The manufacture of a thin-film sensor for analyzing methane in a gaseous medium by the proposed method made it possible to obtain a sensitivity for measuring methane concentration (C) of 0.05% in air volume and a linear dependence of IgR g / R о on concentration (Fig. 2), to reduce the consumption of an organic semiconductor for manufacturing, Simplify sensor manufacturing technology and improve specifications.

Испытания тонкопленочных датчиков для измерения концентрации метана в газовой среде проводились при t=50°C и напряжении 5 В. Измеряли зависимость показаний датчика от концентрации аммиака в пределах 0,05-0,5% в объеме воздуха. Зависимость сопротивления датчика от концентрации газа метана представлена на фиг.3. Для возврата сопротивления не требуется дополнительного прогрева и времени. Датчики обладают высокой стабильностью параметров. Погрешность в измерении первоначального сопротивления составила не более 1%.Tests of thin-film sensors for measuring methane concentration in a gas medium were carried out at t = 50 ° C and a voltage of 5 V. The dependence of the sensor readings on the ammonia concentration was measured in the range of 0.05-0.5% in the air volume. The dependence of the resistance of the sensor on the concentration of methane gas is shown in Fig.3. To return the resistance does not require additional heating and time. The sensors have high stability parameters. The error in measuring the initial resistance was not more than 1%.

В таблице представлено сопоставление характеристик заявленного способа и прототипа.The table presents a comparison of the characteristics of the claimed method and prototype.

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Способ изготовления тонкопленочного датчика для определения концентрации метана в газовой среде, включающий нанесение газочувствительного слоя химически очищенного органического полупроводника на ситалловую подложку с растровыми электродами из антикоррозийного сплава, технохимическую активацию этого слоя и прогрев газочувствительного слоя, отличающийся тем, что на ситалловую подложку площадью 1 см2 наносят слой органического полупроводника фталоцианина магния, толщиной не более 15 нм, который затем подвергается легированию кислородом воздуха.A method of manufacturing a thin-film sensor for determining the concentration of methane in a gaseous medium, including applying a gas-sensitive layer of a chemically purified organic semiconductor to a ceramic metal substrate with raster electrodes of an anticorrosive alloy, technological activation of this layer and heating of the gas-sensitive layer, characterized in that on a ceramic metal substrate with an area of 1 cm 2 a layer of organic magnesium phthalocyanine semiconductor is applied, with a thickness of not more than 15 nm, which is then doped with acid Air Odom.
RU2002126832/28A 2002-10-07 2002-10-07 Method of manufacture of thin-film sensor for determination of concentration of methane in gas mixture RU2231052C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126832/28A RU2231052C1 (en) 2002-10-07 2002-10-07 Method of manufacture of thin-film sensor for determination of concentration of methane in gas mixture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126832/28A RU2231052C1 (en) 2002-10-07 2002-10-07 Method of manufacture of thin-film sensor for determination of concentration of methane in gas mixture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002126832A RU2002126832A (en) 2004-04-20
RU2231052C1 true RU2231052C1 (en) 2004-06-20

Family

ID=32846183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002126832/28A RU2231052C1 (en) 2002-10-07 2002-10-07 Method of manufacture of thin-film sensor for determination of concentration of methane in gas mixture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2231052C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623658C1 (en) * 2016-03-22 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Semiconductor methane sensor
RU2809979C1 (en) * 2023-06-29 2023-12-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" Thin film organic methane sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623658C1 (en) * 2016-03-22 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Semiconductor methane sensor
RU2809979C1 (en) * 2023-06-29 2023-12-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" Thin film organic methane sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ryabtsev et al. Application of semiconductor gas sensors for medical diagnostics
Qu et al. A thin-film sensing element for ozone, humidity and temperature
AU2002355079B2 (en) Sensor device and method for qualitative and quantitative analysis of gas phase substances
Schwebel et al. CO-sensor for domestic use based on high temperature stable Ga2O3 thin films
Ho et al. High sensitivity ethanol gas sensor integrated with a solid-state heater and thermal isolation improvement structure for legal drink-drive limit detecting
Zettlemoyer et al. A Thermistor Calorimeter for Heats of Wetting. Entropies from Heats of Wetting and Adsorption Data
JPH05203605A (en) Chemical sensor for carbon monoxide detection
CN106053548A (en) Preparation and application of Pd-doped SnO2-oxide-semiconductor CO sensor
Zhou et al. A study of the response rate to nitrogen dioxide exposure in metal phthalocyanine thin film sensors
JP2003501625A (en) Semiconductor gas sensor, gas sensor system and gas analysis method
Lee et al. Fabrication and characterization of micro-gas sensor for nitrogen oxides gas detection
Tomchenko et al. Tungsten trioxide-based thick-film NO sensor: design and investigation
RU2294534C2 (en) Thin-film ethanol sensor and method for making the same
RU2231052C1 (en) Method of manufacture of thin-film sensor for determination of concentration of methane in gas mixture
More et al. Introduction of δ-Al2O3/Cu2O material for H2 gas-sensing applications
Adamowicz et al. Response to oxygen and chemical properties of SnO2 thin-film gas sensors
TW201115140A (en) Gas sensor capable of simultaneously sensing oxygen and carbon dioxide, manufacturing method thereof and its gas sensor system
US20140305812A1 (en) Method for analyzing a gas
RU2172951C1 (en) Method of manufacturing thin-film sensor for assessment of ammonia in gas medium
Toda et al. NO-sensing properties of Au thin film
Kim et al. NO x gas detection characteristics in FET-type multi-walled carbon nanotube-based gas sensors for various electrode spacings
RU2080590C1 (en) Process of manufacture of thin-film pickup for analysis of ammonia in gas atmosphere
EP4102217A1 (en) Hydrogen gas sensor assembly
CN113072062B (en) Graphene quantum dot/ZnO/chlorella composite film and preparation method and application thereof
JP3554464B2 (en) Chamber used for low concentration NOx measuring instrument

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041008