Сензор за анализ на газа и система за анализ на газ, използваща го
Притежатели на патента RU 2413210:
Изобретението може да се използва за определяне на качествения и количествения състав на газовите смеси. Сензорът на датчик за газов анализ (GA) съгласно изобретението съдържа субстрат, полупроводников филм, способен да контактува с газова атмосфера, на чиято повърхност са разположени първият и вторият електрод, а на повърхността на субстрата има трети електрод, с възможност за свързването му с външна електрическа верига, върху която има фероелектричен филм, едната повърхност в контакт с третия електрод, а другата - с полупроводниковия филм. Системата за анализ на газа (GGA) съгласно изобретението включва GA сензор, блок за обработка на информация, контролиран източник на напрежение, превключвател и контролер. Третият електрод на сензора GA е свързан към първия изход на контролиран източник на напрежение, към втория изход, на който е свързан първият вход на превключвателя, към втория и третия вход, на който са свързани първият и вторият електроди, съответно първият и вторият входове на превключвателя са свързани съответно към първия и втория изходи на блока за обработка на информация, чийто вход е свързан към третия изход на контролера, първият изход на който е свързан към трети вход на превключвателя, а вторият изход на контролера е свързан към входа на контролирания източник на напрежение. Изобретението предоставя възможност за промяна на чувствителността на GA и SGA сензора по време на работа. 2 н.п. f-ly, 1 кал.
Изобретенията се отнасят до проектирането на полупроводникови системи за анализ на газ (GGA) за определяне на качествения и количествения състав на газовите смеси. Най-ефективно е да се използват при микроелектронния дизайн на основните структурни елементи.
SGA може да се извърши въз основа на сензори за газов анализ (GA), които измерват физическите или физикохимичните характеристики на газовата смес или отделните й компоненти.
В такъв сензор стойността на чувствителността се задава по време на производството му и остава непроменена по време на работата му.
Техническата задача на разработката на сензора GA е да промени стойността на чувствителността на сензора по време на неговата работа.
Решението на техническия проблем се крие във факта, че в конструкцията на датчика за газов анализ, включително субстрата, има полупроводников филм, който може да контактува с газовата атмосфера, на повърхността на който се намират първият и вторият електрод, трети електрод е разположен на повърхността на основата, с възможност за свързване към външна електрическа верига, на която е разположен фероелектричен филм, едната повърхност е в контакт с третия електрод, а другата с полупроводников филм.
Причинната връзка на направените промени с постигнатия технически резултат е следната. Вградената потенциална бариера в полупроводниковия поляризиран фероелектричен интерфейс позволява да се променя стойността на концентрацията на носители на заряд в близостната повърхност на полупроводника чрез промяна на стойността на остатъчната поляризация на фероелектрика, което води до възможността за промяна на чувствителността на сензора. Когато молекулите на анализирания газ взаимодействат с повърхността на полупроводниковия филм, молекулите на кислорода се заменят с молекули на анализирания газ, което води до освобождаване на носители на заряд в полупроводника, което намалява електрическото съпротивление на полупроводниковия слой. Това дава възможност да се прецени стойността на концентрацията на анализирания газ в атмосферата.
Сензорът може да бъде произведен чрез последователно нанасяне на метал (електрод), фероелектрични и полупроводникови филми върху субстрат с по-нататъшно образуване на метални електроди върху полупроводниковите филмови секции във вакуум с помощта на магнетронна настройка. В този случай се прилага фероелектричен филм, последван от неговата поляризация, чийто повърхностен заряд осигурява изчерпване на носителите на заряд в близостната повърхност на полупроводниковия слой. Например, филми от фероелектричен оловен цирконат титанат се отлагат чрез HF магнетронно разпрашаване на керамична мишена PbZrxTi1-xO3 при 120 ° C, последвано от отгряване в кислородосъдържаща атмосфера при 500 ° C. Поляризацията на фероелектричния филм се извършва чрез последващо прилагане на електрическо поле към него. Полупроводников филм например може да се получи чрез катодно разпрашаване на калаева мишена в среда, съдържаща кислород при 120 ° C.
За да се извърши ново измерване, се изисква първоначалната настройка на чувствителността на сензора. Този процес се контролира от SGA.
Специфичността на използвания сензор определя включването на следните структурни елементи в SGA, синтезиран за работа с него: захранване за схемата за нулиране на сензора, превключвател за избор на режими на измерване и нулиране, блок за обработка на информация и контролер.
Тази схема обаче не позволява измервания на газовия състав, тъй като чувствителният му елемент възприема само интензивността на падащото оптично лъчение.
Прототипът SGA съдържа GA сензор, който включва субстрат и газочувствителен полупроводников филм, разположен върху субстрата с възможност за контакт на полупроводниковия филм с газова атмосфера, и електроди за свързване на участъци от полупроводниковия филм към външен електрически верига, включваща блок за обработка на информация, свързан към филмовите електроди, за да регистрира промени в сензорния елемент на съпротивляващия газ.