Полупроводниковый газоанализатор оксида углерода

Полупроводниковый газоанализатор оксида углерода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.

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.

Известен также полупроводниковый газовый датчик на основе оксида индия (In₂O_.3), легированного оксидами щелочных металлов (Yamaura 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 CO во влажном воздухе при 300°C. Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность для контроля содержания оксида углерода, высокая рабочая температура - 300°C и трудоемкость изготовления.

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 G01N 27/12, опубл. 10.06.2003).

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.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчик а.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом датчике, содержащем полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, согласно заявляемому изобретению полупроводниковое основание выполнено в виде поликристаллической пленки теллурида цинка, нанесенной на непроводящую подложку.

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 (ZnTe), то есть об адсорбционной активности последнего к CO уже при комнатной температуре; на фиг. 3 - кривые зависимости величины pH изоэлектрического состояния поверхности (pH_изо) полупроводников системы ZnTe - CdSe, экспонированных на воздухе (а) и в атмосфере оксида углерода (б), от их состава, демонстрирующие заметное влияние оксида углерода на pH_изо поверхности полупроводникового основания; на фиг. 4 - градуировочная кривая зависимости изменения pH изоэлектрического состояния поверхности (ΔpH_изо) полупроводникового основания в процессе адсорбции при комнатной температуре от начального давления CO (P_co). Она наглядно указывает на его высокую чувствительность к CO.

Датчик состоит из полупроводникового основания 1, выполненного в виде поликристаллической пленки ZnTe 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 pH изоэлектрического состояния и, соответственно, 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 ZnTe происходит избирательная адсорбция молекул CO и изменение pH изоэлектрического состояния поверхности. С помощью градуировочных кривых можно определить содержание оксида углерода в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг. 4 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость ΔpH_изо от содержания оксида углерода (P_co), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определить содержание оксида углерода с чувствительностью, в несколько раз превышающей 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 характеристики: быстродействие, регенерируемость, способность работать не только в статическом, но и в динамическом режиме.

Газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, отличающийся тем, что полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки ZnTe.