RU2700036C1

RU2700036C1 - Carbon monoxide gas monomer

Info

Publication number: RU2700036C1
Application number: RU2019109373A
Authority: RU
Inventors: Ираида Алексеевна Кировская; Марина Владимировна Васина
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2019-09-12

Abstract

FIELD: gas analysis.

SUBSTANCE: invention relates to gas analysis, in particular to detectors for recording and measuring content of carbon monoxide, and can be used in ecology. Sensor consists of semiconductor base (1), made in form of polycrystalline film of solid solution (CdSe)_0.6(ZnTe)_0.4 on non-conducting substrate 2.

EFFECT: invention provides, at considerable simplification of sensor manufacturing technology, determination of carbon oxide content with sensitivity several times higher than that of known sensors.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области газового анализа, в частности, к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода и других газов. Изобретение может быть использовано в экологии.The invention relates to the field of gas analysis, in particular, to detecting devices used for recording and measuring the content of trace amounts of carbon monoxide and other gases. The invention can be used in ecology.

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. – С. 211). Однако такой датчик (детектор) чувствителен только к веществам с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. A known sensor (detector) for thermal conductivity, the action of which is based on the difference in thermal conductivity of the vapor of a substance and a carrier gas (Vyakhirev D.A., Shushukova A.F. Guide to gas chromatography. M .: Higher school, 1987. - P. 211 ) However, such a sensor (detector) is sensitive only to substances with thermal conductivity close to the thermal conductivity of the carrier gas.

Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In₂O_.3), легированного оксидами щелочных металлов (γamaura Hiroyuki, Tamaki Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yamazoe Noboru //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 ºС. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300 ºС и трудоемкость изготовления.A semiconductor gas sensor based on indium oxide (In ₂ O. ₃ ) doped with alkali metal oxides (γamaura Hiroyuki, Tamaki Jun, Moriya Koji, Miura Norio, Yamazoe Noboru // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 43. N 2. P. 36-37). It allows you to detect 6.7 - 0.05 Pa CO in moist air at 300 ºС. The disadvantage of this device is the lack of sensitivity to control the content of carbon monoxide, a high operating temperature of 300 ° C and the complexity of manufacturing.

Ближайшим техническим решением к изобретению является газовый датчик влажности газов, состоящий из поликристаллической пленки антимонида индия, легированного селенидом цинка, с нанесенным на ее поверхность металлическими электродами, и непроводящей подложки (Патент RU № 2206083, М. Кл. 7 G 01 N 27/12, опубл. 10.06.2003).The closest technical solution to the invention is a gas gas humidity sensor, consisting of a polycrystalline film of indium antimonide doped with zinc selenide with metal electrodes deposited on its surface and a non-conductive substrate (Patent RU No. 2206083, M. Cl. 7 G 01 N 27/12 published on 06/10/2003).

Недостатком известного устройства является его недостаточная чувствительность при контроле микропримесей оксида углерода. Кроме того, конструкция датчика предполагает при его изготовлении операции напыления металлических электродов и прямых адсорбционных измерений.A disadvantage of the known device is its lack of sensitivity in the control of trace amounts of carbon monoxide. In addition, the design of the sensor involves the operation of deposition of metal electrodes and direct adsorption measurements during its manufacture.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчикThe technical result of the invention is to increase the sensitivity and manufacturability of the sensor а.but.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащим полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, согласно заявляемому изобретению, полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки твердого раствора (CdSe)_0,6(ZnTe)_0,4, нанесенной на непроводящую подложку. The specified technical result is achieved by the fact that in the known gas sensor containing a semiconductor base deposited on a non-conductive substrate, according to the claimed invention, the semiconductor base is made in the form of a polycrystalline film of a solid solution (CdSe) _0.6 (ZnTe) _0.4 , deposited on a non-conductive the substrate.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены на фиг.1 – конструкция заявляемого датчика, на фиг.2 – изобара адсорбции оксида углерода, свидетельствующая о протекании его химической адсорбции на поверхности полупроводникового основания (CdSe)_0,6(ZnTe)_0,4, то есть об адсорбционной активности последнего к СО уже при комнатной температуре; на фиг. 3 – градуировочная кривая зависимости изменения рН изоэлектрического состояния поверхности (ΔрН_изо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления СО (Р_со). Она наглядно указывает на его высокую чувствительность к СО.The invention is illustrated by drawings, where are presented in figure 1 - the design of the inventive sensor, figure 2 - isobar adsorption of carbon monoxide, indicating the occurrence of its chemical adsorption on the surface of the semiconductor base (CdSe) _0,6 (ZnTe) _0,4 , then there is an adsorption activity of the latter to CO already at room temperature; in FIG. 3 - the calibration curve of pH changes isoelectric surface state (ΔrN _iso) semiconductor base in the adsorption process at room temperature from an initial pressure of CO (P _co). She clearly indicates its high sensitivity to CO.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (CdSe)_0,6(ZnTe)_0,4 и непроводящей подложки 2 (фиг.1).The sensor consists of a semiconductor base 1, made in the form of a polycrystalline film of a solid solution (CdSe)_0.6(ZnTe)_0.4 and non-conductive substrate 2 (figure 1).

Принцип работы такого датчика основан на адсорбционно – десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пленке, нанесенной на непроводящую подложку, и вызывающих изменение рН изоэлектрического состояния и, соответственно, силы активных центров ее поверхности.The principle of operation of such a sensor is based on adsorption - desorption processes that occur on a semiconductor film deposited on a non-conductive substrate, and cause a change in the pH of the isoelectric state and, accordingly, the strength of the active centers of its surface.

Работа датчика осуществляется следующим образом.The operation of the sensor is as follows.

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 твердого раствора (CdSe)_0,6(ZnTe)_0,4происходит избирательная адсорбция молекул СО и изменение рН изоэлектрического состояния поверхности. С помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода в исследуемой среде. The sensor is placed in a chamber at room temperature (it can be an ordinary glass tube) through which the gas analyzed for carbon monoxide content is passed (or in which it is held). Upon contact of the transmitted gas with the surface of the semiconductor film of the solid solution (CdSe) _0.6 (ZnTe) _0.4 , selective adsorption of CO molecules and a change in the pH of the isoelectric state of the surface occur. Using calibration curves, you can determine the content of carbon monoxide in the test medium.

Из анализа приведенной на фиг.3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ΔрН_изо от содержания оксида углерода (Р_со), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определить 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.From the analysis shown in Figure 3 a typical calibration curve obtained using the inventive sensor and expressing _iso ΔrN dependence on the carbon monoxide content (P _w), it follows that the claimed sensor with a substantial simplification of its manufacturing technology allows to determine the content of carbon monoxide with a sensitivity of several times the sensitivity of known sensors. A significant simplification of the sensor manufacturing technology is due to the exception of the operation of applying metal electrodes to the semiconductor base.

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.Small dimensions of the device (working volume less than 0.2 cm ³ ) in combination with a small mass of the film - adsorbent can reduce the sensor constant in time to 10-20 ms.

Конструкция заявляемого датчика позволяет также улучшить и другие характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и в динамическом режиме. The design of the inventive sensor can also improve other characteristics: speed, regenerability, the ability to work not only in static but also in dynamic mode.

Claims

A gas sensor containing a semiconductor base deposited on a non-conductive substrate, characterized in that the semiconductor base is made of a polycrystalline film of a solid solution (CdSe) _0.6 (ZnTe) _0.4 .