полупроводниковый газовый датчик

Формула изобретения

Применение газового датчика, содержащего полупроводниковое основание, выполненное в виде монокристаллической пластины фосфида индия с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, для определения микропримесей кислорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области газового анализа, в частности, к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода и других газов.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газоносителя [1]. Однако, чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается на вещества с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. Например, при использовании этого датчика для анализа кислорода, точность определения невысока.

Известен также датчик [2], позволяющий определять содержание кислорода с большей чувствительностью, однако он сложен по конструкции: включает селективную мембрану с необходимым для прохождения кислорода размером пор, полость с иммобилизованным флуоресцирующим красителем и устройство для фиксирования степени гашения красителя, которая пропорциональна парциальному давлению кислорода.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и технологичности изготовления датчика, расширение его функциональных возможностей, в частности, обеспечение возможности его применения для анализа кислорода.

Поставленная задача решена за счет того, что известный газовый датчик, содержащий полупроводниковое основание, выполненное из монокристаллической пластины фосфида индия, с нанесенными на поверхность основания металлическими электродами, применен для определения микропримесей кислорода.

Повышение чувствительности заявляемого датчика, принцип его работы демонстрируются чертежами, где представлены на фиг.1 - конструкция заявляемого датчика, на фиг.2 - график изменения электропроводности () в процессе адсорбции кислорода при различных температурах, включая комнатную (1 - вакуум, 2 – =0,53 Па) и на фиг.3 – градуировочная кривая - изменение электропроводности с увеличением давления кислорода при комнатной температуре. Последняя наглядно демонстрирует его чувствительность.

Датчик состоит из монокристаллической пластины фосфида индия 1 с нанесенными на его поверхность металлическими электродами 2.

Принцип работы такого датчика основан на связи между адсорбционно-десорбционными процессами, протекающими на полупроводниковой пластине, и вызванным ими изменением электропроводности.

Работа датчика осуществляется следующим образом.

Датчик помещают в исследуемую среду. При адсорбции кислорода, сопровождающейся образованием ионов и ионо-радикалов (О^-₂, О^- и др.), происходит заряжение поверхности полупроводниковой пластины, соответственно изгиб энергетических зон и, как следствие, изменение концентрации свободных носителей зарядов и электропроводности. По величине ее изменения с помощью градуировочных кривых можно определить содержание кислорода в исследуемой среде.

Из анализа приведенной на фиг.3 типичной градуировочной кривой, полученной с помощью заявляемого датчика и выражающей зависимость от содержания кислорода ( ), следует: заявляемый датчик при существенном упрощении конструкции позволяет определять содержание кислорода с чувствительностью, в несколько раз превышающую чувствительность известных датчиков [2].

К достоинствам заявляемого прибора следует также отнести его очень малые размеры (не более 3 мм³) и невысокую стоимость.

Источники информации

1. Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. - М.: Высш. школа, 1987.

2. Будников Г.К. Что такое химические сенсоры // Соросовский образовательный журнал, 1998, №3, с.72-76.