RU2625096C1 - Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке - Google Patents
Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625096C1 RU2625096C1 RU2016135489A RU2016135489A RU2625096C1 RU 2625096 C1 RU2625096 C1 RU 2625096C1 RU 2016135489 A RU2016135489 A RU 2016135489A RU 2016135489 A RU2016135489 A RU 2016135489A RU 2625096 C1 RU2625096 C1 RU 2625096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensitive material
- sapphire substrate
- gas
- gas sensitive
- film
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
- G01N27/126—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising organic polymers
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу изготовления газовых датчиков и применяется для получения газочувствительного материала, который выполнен на основе диоксида титана, нанесенного на сапфировую подложку, и предназначен для регистрации содержания микропримесей оксида углерода и кислорода. Способ получения газочувствительного материала на сапфировой подложке, заключающийся в том, что из пленкообразующего раствора тетраизопропоксида титана получают газочувствительный материал на сапфировой подложке методом центрифугирования, который затем подвергают сушке и отжигу. Газочувствительный материал подвергают лазерному отжигу с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 50-100 нс и средней мощностью 80-100 Вт. Изобретение обеспечивает возможность повышения качества кристаллической структуры и стабильности газочувствительных характеристик пленки газочувствительного материала за счет модификации ее кристаллической и дефектной структуры в процессе лазерного отжига. 2 ил.
Description
Изобретение относится к способу изготовления газовых датчиков и применяется для получения газочувствительного материала, который выполнен на основе диоксида титана, нанесенного на сапфировую подложку, и предназначен для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода (CO) и кислорода (O2).
Изобретение может быть использовано для получения чувствительного материала газового датчика для оповещения о пожаре, обнаружения концентраций опасных, токсичных и вредных веществ.
Известен способ (RU 2006845, G01N 27/12, 30.01.1994) изготовления чувствительного материала газового датчика, включающий:
- вакуумное напыление сплава олова и меди на изолирующую подложку;
- окисление полученной пленки.
Общим признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого изобретения, является то, что чувствительный материал получается из оксидных пленок и проявляет газочувствительные свойства.
Недостатком указанного способа является использование вакуумного напыления сплава олова и меди и последующее окисление полученной пленки, что приводит к образованию дефектов в ее структуре.
Известен способ получения полупроводникового материала для селективного детектора оксидов азота (RU 2143677, G01N 27/12, 27.12.1999), включающий:
- приготовление раствора, содержащего соль свинца, тиокарбамид, трехзамещенный лимоннокислый натрий, гидроокись аммония, йодистый аммоний;
- окунание диэлектрической подложки в раствор;
- формирование чувствительного слоя в результате осаждения в виде пленки сульфида свинца;
- термическая сушка газочувствительного материала.
Общими признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:
- приготовление раствора;
- получение пленки газочувствительного материала из раствора;
- термическую сушку газочувствительного материала.
Недостатком, препятствующим достижению необходимого технического результата, является использование для получения чувствительного материала растворов, представляющих собой многокомпонентную систему, а также длительность процесса осаждения, который осуществляется в течение 60-100 мин.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ получения газочувствительного материала для сенсора аммиака (RU 2310833, G01N 27/12, 20.11.2007), заключающийся в том, что раствор приготавливают из тетраэтоксисилана с введением азотнокислого серебра, оставляют для созревания, а затем методом центрифугирования формируют газочувствительный материал на кремниевой подложке, после чего подвергают его сушке и термическому отжигу в муфельной печи.
Признаком прототипа, совпадающим с существенными признаками предлагаемого изобретения, является то, что чувствительный материал получается химическим способом и включает следующие операции:
- приготовление раствора;
- получение пленки газочувствительного материала из раствора методом центрифугирования;
- термическую сушку и отжиг.
Недостатками прототипа являются использование азотно-кислого серебра и длительная термообработка кремниевой подложки с газочувствительным материалом в муфельной печи в диапазоне температур 370-750°C, что снижает качество газочувствительного материала.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества кристаллической структуры и стабильности газочувствительных характеристик пленки газочувствительного материала на основе диоксида титана на сапфировой подложке за счет модификации ее кристаллической и дефектной структуры в процессе лазерного отжига после нанесения пленкообразуещего раствора на сапфировую подложку методом центрифугирования.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что газочувствительный материал после нанесения методом центрифугирования на сапфировую подложку подвергают лазерному отжигу с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 50-100 нс и средней мощностью 80-100 Вт, что позволяет модифицировать его кристаллическую и дефектную структуру, приводя к повышению качества и стабильности газочувствительного материала (газового датчика).
Пример предложенного способа получения чувствительного материала на основе диоксида титана для газового датчика на сапфировой подложке
Приготовленный пленкообразующий раствор тетраизопропоксида титана наносится на сапфировую подложку толщиной 500-2000 мкм методом центрифугирования (скорость вращения 2000-3000 обмин, время нанесения 30 сек). Использование сапфировой подложки позволяет в дальнейшем проводить лазерный отжиг газочувствительного материала, поскольку подложки сапфира способствуют высокой адгезии к газочувствительному материалу и обладают высокой температурой плавления, химической и радиационной стойкостью, высокой твердостью и прозрачностью, что приводит к повышению качества и стабильности газочувствительного материала. После предварительной сушки в термошкафу при 100-120°C в течение 15-20 мин (удаляется растворитель и продукты гидролиза из пленки) проводят лазерный отжиг с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм (средняя мощность 80-100 Вт, скорость сканирования 1-10 мм/сек, температура пленки 500-600°C), необходимый для модификации кристаллической и дефектной структуры, повышения качества и стабильности газочувствительного материала. К тому же использование лазерного отжига позволяет сократить технологическое время получения газочувствительного материала по сравнению с существующими способами (отжиг в муфельной печи).
Таким образом, разработанный способ предусматривает получение тонкопленочного газочувствительного материала на основе диоксида титана на сапфировой подложке размером, например, 20×20×0,5 мм. На верхнюю сторону чувствительного элемента наносится тонкая (100-250 нм) пленка диоксида титана с платиновыми электродами (50-200 нм), а на нижней стороне формируется пленочный резистивный нагреватель на основе никеля (300-400 нм).
Изобретение поясняется фиг. 1-2. На фиг. 1 представлен технологический маршрут формирования газочувствительного материала на основе диоксида титана на сапфировой подложке. На фиг. 2 представлен пример исполнения топологии и 3D визуализация верхней и нижней сторон чувствительного элемента газового датчика на сапфировой подложке. Топология чувствительного элемента газового датчика включает контактно-металлизационную систему 1 (два платиновых электрода), контактирующую с газочувствительной полупроводниковой пленкой диоксида титана 2, и резистивный нагревательный элемент на основе никеля 3, электрически изолированный от пленки диоксида титана диэлектрической сапфировой подложкой 4.
Изобретение может быть использовано для получения газочувствительного материала на основе полупроводниковой пленки диоксида титана на сапфировой подложке, обладающей повышенным качеством кристаллической структуры и стабильностью газочувствительных характеристик при регистрации и измерении содержания микропримесей CO и O2. Изобретение может найти широкое применение при изготовлении чувствительных элементов для различных типов газовых датчиков, в том числе портативного характера, для оповещения о пожаре, обнаружения концентраций опасных, токсичных и вредных веществ (экологический мониторинг окружающей среды).
Claims (1)
- Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке, заключающийся в том, что из пленкообразующего раствора тетраизопропоксида титана получают газочувствительный материал на сапфировой подложке методом центрифугирования, который затем подвергают сушке и отжигу, отличающийся тем, что газочувствительный материал подвергают лазерному отжигу с использованием излучения импульсного твердотельного Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм, длительностью импульса 50-100 нс и средней мощностью 80-100 Вт.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135489A RU2625096C1 (ru) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016135489A RU2625096C1 (ru) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2625096C1 true RU2625096C1 (ru) | 2017-07-11 |
Family
ID=59495237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016135489A RU2625096C1 (ru) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2625096C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732802C1 (ru) * | 2019-09-26 | 2020-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения чувствительных элементов на основе кремний-углеродных композитов и изготовления газовых сенсоров на их основе |
| RU2798736C1 (ru) * | 2022-11-17 | 2023-06-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Лазерный сенсор для определения наличия углекислого газа |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372838A (en) * | 1991-12-27 | 1994-12-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for fabricating electrode of oxygen sensor |
| RU2310833C1 (ru) * | 2006-09-05 | 2007-11-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ получения газочувствительного материала для сенсора аммиака |
| EP1953539A1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-08-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
| US20140311221A1 (en) * | 2011-08-25 | 2014-10-23 | Georgia Tech Research Corporation | Gas sensors and methods of preparation thereof |
-
2016
- 2016-08-31 RU RU2016135489A patent/RU2625096C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372838A (en) * | 1991-12-27 | 1994-12-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for fabricating electrode of oxygen sensor |
| RU2310833C1 (ru) * | 2006-09-05 | 2007-11-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ получения газочувствительного материала для сенсора аммиака |
| EP1953539A1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-08-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gas sensor |
| US20140311221A1 (en) * | 2011-08-25 | 2014-10-23 | Georgia Tech Research Corporation | Gas sensors and methods of preparation thereof |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732802C1 (ru) * | 2019-09-26 | 2020-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения чувствительных элементов на основе кремний-углеродных композитов и изготовления газовых сенсоров на их основе |
| RU2732802C9 (ru) * | 2019-09-26 | 2020-11-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Способ получения чувствительных элементов на основе кремний-углеродных композитов и изготовления газовых сенсоров на их основе |
| RU2798736C1 (ru) * | 2022-11-17 | 2023-06-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Лазерный сенсор для определения наличия углекислого газа |
| RU2804259C1 (ru) * | 2023-06-22 | 2023-09-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Фотовозбуждаемый волноводный лазерный сенсор для определения наличия кислорода в газовой среде |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mimouni et al. | Effect of Mn content on structural, optical, opto-thermal and electrical properties of ZnO: Mn sprayed thin films compounds | |
| JP7203439B2 (ja) | 低温度で高感度なガスセンサ装置およびその製造方法 | |
| Evlashin et al. | Ambient condition production of high quality reduced graphene oxide | |
| RU2625096C1 (ru) | Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке | |
| CN104789939A (zh) | 一种表面增强拉曼散射基底及其制备方法 | |
| TWI585403B (zh) | No Enzyme Glucose Detection Wafer | |
| JP2022058606A (ja) | 半導体装置、ｐＨセンサ、バイオセンサ、及び半導体装置の製造方法 | |
| Ansah et al. | In situ electrodeposition of gold nanostructures in 3D ultra‐thin hydrogel skins for direct molecular detection in complex mixtures with high sensitivity | |
| Grochowska et al. | Functionalization of indium-tin-oxide electrodes by laser-nanostructured gold thin films for biosensing applications | |
| Lei et al. | One‐Step Fabrication of Nanocrystalline Nanonetwork SnO2 Gas Sensors by Integrated Multilaser Processing | |
| JP2009276691A (ja) | 光学素子及びその製造方法 | |
| JP4937178B2 (ja) | タンタル酸リチウム結晶の製造方法 | |
| RU2294534C2 (ru) | Тонкоплёночный сенсор на этанол и способ его получения | |
| Takács et al. | Gas sensitivity of sol-gel prepared mesoporous WO3 thin film | |
| Gondoni et al. | Fabrication of nano-engineered transparent conducting oxides by pulsed laser deposition | |
| Bai et al. | Ultraminiaturized Microfluidic Electrochemical Surface‐Enhanced Raman Scattering Chip for Analysis of Neurotransmitters Fabricated by Ship‐in‐a‐Bottle Integration | |
| JP2008185495A (ja) | ガスセンサー | |
| JP2003511867A (ja) | 半導体構成品、電子部品、センサシステム及び半導体構成品の製造方法 | |
| Ishak et al. | Formaldehyde detection using Sn doped ZnO thin film | |
| RU2310833C1 (ru) | Способ получения газочувствительного материала для сенсора аммиака | |
| Nürnberger et al. | Controlled growth of periodically aligned copper‐silicide nanocrystal arrays on silicon directed by laser-induced periodic surface structures (LIPSS) | |
| JP7055525B1 (ja) | ナトリウム界面の製造方法およびナトリウムの光学構造デバイスの製造方法 | |
| FR2893632A1 (fr) | Revetement a base d'argent resistant a la sulfuration, procede de depot et utilisation | |
| Aleksandrov et al. | The effect of hydrogen on the conductivity of Ag-Pd thick film resistors | |
| JPH0376726A (ja) | 導電性フィルムの製法及び該フィルムを使用したガスセンサー |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200901 |