RU2666575C1 - Полупроводниковый газовый датчик - Google Patents
Полупроводниковый газовый датчик Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666575C1 RU2666575C1 RU2017116374A RU2017116374A RU2666575C1 RU 2666575 C1 RU2666575 C1 RU 2666575C1 RU 2017116374 A RU2017116374 A RU 2017116374A RU 2017116374 A RU2017116374 A RU 2017116374A RU 2666575 C1 RU2666575 C1 RU 2666575C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon monoxide
- semiconductor
- sensor
- content
- substrate
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода, и может быть использовано для экологического мониторинга. Полупроводниковый газовый датчик содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdTe)(CdS), нанесенной на непроводящую подложку. Датчик согласно изобретению при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей чувствительность известных датчиков. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода. Изобретение может быть использовано в экологии.
Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии теплопроводности паров вещества и газа-носителя (Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высш. школа, 1987. - 287 с.) Однако такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя.
Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In2O3), легированного оксидами щелочных металлов (
, TamakiJun, MoriyaKoji, MiuraNorio, YamazoeNoboru // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 43. N 2. P. 36-37). Он позволяет детектировать 6,7-0,05 Па СО во влажном воздухе при 300°С. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300°С и трудоемкость изготовления.
Ближайшим техническим решением к изобретению является газовый датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенными на ее поверхность металлическими электродами, и непроводящей подложки (Патент РФ №2206083, М. ПК.G01N 27/ 12, опубликовано 10.01.2007 г.).
Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операцию напыления металлических электродов.
Техническим результатом изобретения является создание датчика, позволяющего, при повышенной чувствительности и технологичности его изготовления, определять содержание микропримесей оксида углерода в газовых смесях при комнатной температуре.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами и непроводящую подложку, согласно изобретению, полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе теллурида и сульфида кадмия состава (CdTe)0,39(CdS)0,61, нанесенной на непроводящую подложку. При этом исключаются операции нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены на фиг. 1 - конструкция заявляемого датчика; на фиг. 2 - изобара адсорбции оксида углерода, свидетельствующая об адсорбционной активности к нему поверхности полупроводникового основания поликристаллической пленки - (CdTe)0,39(CdS)0,61; на фиг. 3 - градуировочная кривая зависимости изменения рН изоэлектрического состояния поверхности (ΔрНизо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления СО (РСО). Последняя наглядно демонстрирует чувствительность полупроводникового основания к оксиду углерода.
Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора на основе теллурида и сульфида кадмия состава (CdTe)0,39(CdS)0,61, и непроводящей подложки 2 (фиг. 1).
Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на непроводящую подложку, и вызывающих изменение изоэлектрического состояния, а соответственно изменение силы активных центров ее поверхности.
Работа датчика осуществляется следующим образом.
Датчик помещают в находящуюся при комнатной температуре камеру (ею может быть обычная стеклянная трубка), через которую пропускают (или в которой выдерживают) анализируемый на содержание оксида углерода газ. При контакте пропускаемого газа с поверхностью полупроводниковой пленки (CdTe)0,39(CdS)0,61 происходит избирательная адсорбция молекул СО и изменение рН изоэлектрического состояния поверхности пленки (ΔрНизо). По величине изменения рН изоэлектрического состояния поверхности с помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода в исследуемой среде.
Из анализа приведенной на фиг. 3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ΔрНизо от содержания оксида углерода (РСО), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающую чувствительность известных датчиков. Существенное упрощение технологии изготовления датчика обусловлено исключением операции нанесения на полупроводниковое основание металлических электродов.
Малые габариты устройства (рабочий объем менее 0,2 см3) в сочетании с малой массой пленки - адсорбента позволяют снизить постоянную датчика по времени до 10-20 мс.
Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие его характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и динамическом режиме.
Claims (1)
- Полупроводниковый газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание и подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора состава (CdTe)0,39(CdS)0,61, нанесенной на непроводящую подложку.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116374A RU2666575C1 (ru) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Полупроводниковый газовый датчик |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116374A RU2666575C1 (ru) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Полупроводниковый газовый датчик |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2666575C1 true RU2666575C1 (ru) | 2018-09-11 |
Family
ID=63580471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017116374A RU2666575C1 (ru) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Полупроводниковый газовый датчик |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666575C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526225C1 (ru) * | 2013-02-07 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Газовый датчик |
| RU2530455C1 (ru) * | 2013-02-08 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Нанополупроводниковый газовый датчик |
| RU2613482C1 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Полупроводниковый датчик аммиака |
| RU2649654C2 (ru) * | 2015-11-13 | 2018-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Датчик угарного газа |
-
2017
- 2017-05-10 RU RU2017116374A patent/RU2666575C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526225C1 (ru) * | 2013-02-07 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Газовый датчик |
| RU2530455C1 (ru) * | 2013-02-08 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Нанополупроводниковый газовый датчик |
| RU2613482C1 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Полупроводниковый датчик аммиака |
| RU2649654C2 (ru) * | 2015-11-13 | 2018-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Датчик угарного газа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2398219C1 (ru) | Полупроводниковый газоанализатор | |
| RU2526225C1 (ru) | Газовый датчик | |
| RU2530455C1 (ru) | Нанополупроводниковый газовый датчик | |
| RU2565361C1 (ru) | Полупроводниковый газоанализатор угарного газа | |
| RU2350936C1 (ru) | Полупроводниковый газоанализатор | |
| RU2281485C1 (ru) | Полупроводниковый газовый датчик | |
| RU2548049C1 (ru) | Полупроводниковый газоанализатор угарного газа | |
| RU2395799C1 (ru) | Газоанализатор угарного газа | |
| RU2469300C1 (ru) | Полупроводниковый газоанализатор | |
| RU2423688C1 (ru) | Нанополупроводниковый газоанализатор | |
| RU2400737C2 (ru) | Датчик микропримесей аммиака | |
| RU2649654C2 (ru) | Датчик угарного газа | |
| RU2422811C1 (ru) | Нанополупроводниковый газовый датчик | |
| RU2652646C1 (ru) | Датчик микропримесей аммиака | |
| RU2437087C2 (ru) | Газовый датчик | |
| RU2700036C1 (ru) | Газоанализатор угарного газа | |
| RU2613482C1 (ru) | Полупроводниковый датчик аммиака | |
| RU2666575C1 (ru) | Полупроводниковый газовый датчик | |
| RU2666189C1 (ru) | Датчик угарного газа | |
| RU2610349C1 (ru) | Полупроводниковый газовый датчик микропримесей кислорода | |
| RU2603337C1 (ru) | Полупроводниковый газовый датчик микропримесей кислорода | |
| RU2631010C2 (ru) | Полупроводниковый анализатор оксида углерода | |
| RU2458338C2 (ru) | Нанополупроводниковый газовый датчик | |
| RU2464553C1 (ru) | Полупроводниковый газоанализатор | |
| RU2760311C1 (ru) | Датчик угарного газа |