[go: up one dir, main page]

RU2065601C1 - Method of manufacture of gas composition monitor - Google Patents

Method of manufacture of gas composition monitor Download PDF

Info

Publication number
RU2065601C1
RU2065601C1 RU93033410A RU93033410A RU2065601C1 RU 2065601 C1 RU2065601 C1 RU 2065601C1 RU 93033410 A RU93033410 A RU 93033410A RU 93033410 A RU93033410 A RU 93033410A RU 2065601 C1 RU2065601 C1 RU 2065601C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
atmosphere
gas
temperature
metal film
gas composition
Prior art date
Application number
RU93033410A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93033410A (en
Inventor
О.Е. Рыбаков
П.П. Пурыгин
И.В. Ленивкина
В.Н. Гришанов
И.А. Якимова
Original Assignee
Самарский государственный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский государственный университет filed Critical Самарский государственный университет
Priority to RU93033410A priority Critical patent/RU2065601C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2065601C1 publication Critical patent/RU2065601C1/en
Publication of RU93033410A publication Critical patent/RU93033410A/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of gas composition monitors. SUBSTANCE: the method consists in cleaning of the backing ceramic surface, sputtering of lands, deposition of metal film, thermal oxidation of it and connection of leads to the lands. A metal film, 0.01-to 0.03-mcm thick, is formed by successive deposition of tin and dope, featuring catalytic properties, to gas under analysis and maxing up 5 to 15 mass percent of the tin layer. Oxidation is performed successively in the atmosphere of dry oxygen at a temperature of 50 to 10 C for 0.8 to 1.2 h, in the atmosphere of humid oxygen at a temperature of 200 to 500 C for 2.5 to 3.5 h, and in the atmosphere of dry oxygen at a temperature of 550 to 650 C for 20 to 40 min at atmospheric pressure. EFFECT: facilitated procedure. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области создания материалов и технологии изготовления датчиков для детектирования горючих и вредных газов в устройствах измерения, контроля и обнаружения, и может быть использовано в нефтехимии, машиностроении, энергетике, экологии и быту. The invention relates to the field of creating materials and manufacturing technology of sensors for detecting combustible and harmful gases in measurement, control and detection devices, and can be used in petrochemistry, mechanical engineering, energy, ecology and everyday life.

Известны способы изготовления датчиков состава газа, основанные на изменении электропроводности полупроводниковой пленки вследствие адсорбции газа на ее поверхности [1] В качестве основного компонента полупроводниковой пленки используют окислы олова, цинка или титана. Селективность и чувствительность датчиков определяются их температурой и введением в окисный слой вещества, обладающего каталитическими свойствами. Known methods for the manufacture of gas composition sensors based on a change in the electrical conductivity of a semiconductor film due to adsorption of gas on its surface [1] As the main component of the semiconductor film, oxides of tin, zinc or titanium are used. The selectivity and sensitivity of the sensors are determined by their temperature and the introduction of a substance with catalytic properties into the oxide layer.

Основными недостатками известных способов являются низкая селективность и нестабильность их параметров во времени, обусловленные неоптимальностью концентрации катализатора и технологии изготовления. The main disadvantages of the known methods are the low selectivity and instability of their parameters over time, due to the non-optimal concentration of the catalyst and manufacturing technology.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ изготовления пленочного датчика состава газа [2] включающий в себя подготовку керамической подложки из Al2O3, нанесения методом электронно-лучевого распыления электродов из серебра, а затем пленки SnOx с последующим отжигом.Closest to the proposed invention, the technical essence is a method of manufacturing a film gas composition sensor [2], which includes preparing a ceramic substrate of Al 2 O 3 , applying electron-beam sputtering from silver electrodes, and then SnO x film, followed by annealing.

Недостатком является неоптимальный выбор взаимосвязанных технологических параметров: толщины пленки, концентрации легирующей смеси, режима отжига, который не позволяет получить высокой селективности, стабильности и долговечности датчика. The disadvantage is the non-optimal choice of interrelated technological parameters: film thickness, dopant concentration, annealing mode, which does not allow to obtain high selectivity, stability and durability of the sensor.

Задачей изобретения является повышение селективности, стабильности и долговечности датчика состава газа. The objective of the invention is to increase the selectivity, stability and durability of the gas composition sensor.

Эта задача решается за счет того, что в способе изготовления датчика состава газа, включающего очистку поверхности керамической подложки, напыление контактных площадок, напыление металлической пленки, термическое окисление ее, присоединение к контактным площадкам выводов, перед напылением контактных площадок формируют металлическую пленку толщиной 0,10±0,03 мкм путем последовательного напыления олова и легирующей металлической примеси, обладающей каталитическими свойствами к исследуемому газу и составляющей от массы слоя олова от 5 до 10 мас. а окисление ее проводят последовательно в атмосфере сухого кислорода при температуре 50-100oC в течение 0,8-1,2 часа, в атмосфере влажного кислорода при температуре 200-500oC в течение 2,5-3,5 часа и в атмосфере сухого кислорода при температуре 550-560oC в течение 20-40 мин при атмосферном давлении.This problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing a gas composition sensor, including cleaning the surface of the ceramic substrate, sputtering the contact pads, sputtering a metal film, thermally oxidizing it, attaching pins to the pads, form a metal film 0.10 thick before sputtering the pads ± 0.03 μm by sequential deposition of tin and an alloying metal impurity, which has catalytic properties for the test gas and constitutes from the mass of the tin layer from 5 to 10 wt. and its oxidation is carried out sequentially in an atmosphere of dry oxygen at a temperature of 50-100 o C for 0.8-1.2 hours, in an atmosphere of wet oxygen at a temperature of 200-500 o C for 2.5-3.5 hours and dry oxygen atmosphere at a temperature of 550-560 o C for 20-40 minutes at atmospheric pressure.

При осуществлении изобретения достигается следующий технический результат:
1. Сложный экспериментально подобранный режим термоокисления активизирует диффузионные, окислительные и пористообразующие процессы, повышающие селективность газочувствительного слоя и стабилизирующие его характеристики.
When carrying out the invention, the following technical result is achieved:
1. A complex experimentally selected thermal oxidation regime activates diffusion, oxidation, and porous processes that increase the selectivity of the gas-sensitive layer and stabilize its characteristics.

2. Раздельное (в данном случае последовательное) напыление олова и легирующей примеси позволяет получать воспроизводимое соотношение компонент газочувствительного слоя. 2. Separate (in this case sequential) sputtering of tin and dopant makes it possible to obtain a reproducible ratio of the components of the gas-sensitive layer.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображен датчик состава газа, где:
1-керамическая подложка, 2-газочувствительный слой, 3-контактные площадки, 4-выводы.
The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a gas composition sensor, where:
1-ceramic substrate, 2-gas sensitive layer, 3-pin pads, 4-leads.

Датчик работает следующим образом:
С помощью выводов 4 датчик подключается к вторичному прибору, чувствительному к электрическому сопротивлению газочувствительного слоя 2, датчик нагревается до рабочей температуры. При воздействии смеси газов, в составе которой присутствует анализируемый газ, на поверхности газочувствительной пленки происходит каталитическая реакция окисления, в результате чего электрическая проводимость пленки увеличивается, что и регистрируется вторичным прибором.
The sensor works as follows:
Using conclusions 4, the sensor is connected to a secondary device sensitive to the electrical resistance of the gas-sensitive layer 2, the sensor is heated to operating temperature. Under the influence of a gas mixture in which the analyzed gas is present, a catalytic oxidation reaction occurs on the surface of the gas-sensitive film, as a result of which the electrical conductivity of the film increases, which is recorded by a secondary device.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Экспериментальные образцы датчиков изготавливались на ситалловых подложках толщиной 0,5 мм квадратной формы размером 10х10 мм на вакуумном посту ВУП-4. Металлическую пленку формировали путем последовательного напыления определенного количества легирующих примесей и олова и различных режимах термоокисления. Контактные площадки выполнялись из никеля, выводы из золотой проволоки. Присоединение их к контактным площадкам производилось контактной сваркой. Достижение требуемой температуры осуществлялось с помощью нихромового нагревателя, напыляемого на противоположную газочувствительному слою сторону подложки. Температура датчика контролировалась хромель-копелевой термопарой. Результаты экспериментов сведены в таблицу "Изготовление и исследование датчика состава газа". The experimental samples of the sensors were made on glass-ceramic substrates with a thickness of 0.5 mm square in shape, 10x10 mm in size, at the VUP-4 vacuum station. A metal film was formed by sequentially spraying a certain amount of dopants and tin and various thermal oxidation modes. Contact pads were made of nickel, gold wire leads. Their connection to the contact pads was carried out by contact welding. Achieving the required temperature was carried out using a nichrome heater sprayed onto the opposite side of the gas-sensitive layer of the substrate. The temperature of the sensor was controlled by a chromel-kopel thermocouple. The experimental results are summarized in the table "Production and study of the gas composition sensor."

Подготовленный по предложенной технологии датчик помещали в герметизируемую камеру из кварцевого стекла, в которой создавалась контролируемая атмосфера, состоящая из смеси воздуха с анализируемым газом. Селективность и стабильность оценивались по отношению относительного изменения проводимости к объемной концентрации исследуемого газа в его смеси с воздухом, которая называется чувствительностью (см. таблицу)

Figure 00000002

где G0 проводимость датчика при нулевой объемной концентрации исследуемого газа в воздухе,
G1 проводимость датчика при объемной концентрации исследуемого газа,
β объемная концентрация исследуемого газа в воздухе.The sensor prepared according to the proposed technology was placed in a sealed chamber made of quartz glass, in which a controlled atmosphere was created, consisting of a mixture of air with the analyzed gas. Selectivity and stability were evaluated by the ratio of the relative change in conductivity to the volume concentration of the test gas in its mixture with air, which is called sensitivity (see table)
Figure 00000002

where G 0 the conductivity of the sensor at zero volume concentration of the test gas in the air,
G 1 the conductivity of the sensor at a volume concentration of the test gas,
β volume concentration of the test gas in air.

Временная стабильность оценивалась по изменению сопротивления датчика по прошествию месяца при ежедневной 4-х часовой эксплуатации

Figure 00000003

где Rk сопротивление датчика по истечении месяца при концентрации исследуемого газа в воздухе 2000 млн-1,
Rн сопротивление датчика перед началом эксплуатации при концентрации исследуемого газа в воздухе 2000 млн-1.Temporary stability was estimated by the change in the sensor resistance after a month with daily 4-hour operation
Figure 00000003

where R k the resistance of the sensor after a month at a concentration of the test gas in the air of 2000 million -1 ,
R n sensor resistance before use at a concentration of the test gas in air 2000 million -1.

Использование предлагаемого способа изготовления датчика состава газа позволяет по сравнению с существующими способами повысить селективность и стабильность, увеличить выпуск годных изделий, позволяет в едином технологическом цикле на традиционном оборудовании полупроводникового производства осуществлять изготовление крупных партий образцов с воспроизводимыми параметрами. ТТТ1 Using the proposed method for manufacturing a gas composition sensor allows, in comparison with existing methods, to increase selectivity and stability, to increase the output of suitable products, it allows for the production of large batches of samples with reproducible parameters in a single technological cycle using traditional semiconductor manufacturing equipment. TTT1

Claims (1)

Способ изготовления датчика состава газа, включающий очистку поверхности керамической подложки, напыление контактных площадок, напыление металлической пленки, термическое окисление ее, присоединение к контактным площадкам выводов, отличающийся тем, что перед напылением контактных площадок формируют металлическую пленку толщиной 0,10 ± 0,03 мкм путем последовательного напыления олова и легирующей металлической примеси, обладающей каталитическими свойствами к исследуемому газу и составляющей от массы слоя олова 5 15 мас. а окисление ее проводят последовательно в атмосфере сухого кислорода при 50 1OOoC в течение 0,8 1,2 ч, в атмосфере влажного кислорода при 200 500°С в течение 2,5 3,5 ч и в атмосфере сухого кислорода при 550 - 650oC в течение 20-40 мин при атмосферном давлении.A method of manufacturing a gas composition sensor, including cleaning the surface of a ceramic substrate, spraying the contact pads, spraying a metal film, thermally oxidizing it, attaching pins to the contact pads, characterized in that before coating the contact pads a metal film is formed with a thickness of 0.10 ± 0.03 μm by successive deposition of tin and an alloying metal impurity having catalytic properties to the test gas and constituting from the mass of the tin layer 5 15 wt. and its oxidation is carried out sequentially in an atmosphere of dry oxygen at 50 1 ° C for 0.8 1.2 hours, in an atmosphere of wet oxygen at 200 500 ° C for 2.5 3.5 hours and in an atmosphere of dry oxygen at 550 - 650 o C for 20-40 minutes at atmospheric pressure.
RU93033410A 1993-07-01 1993-07-01 Method of manufacture of gas composition monitor RU2065601C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93033410A RU2065601C1 (en) 1993-07-01 1993-07-01 Method of manufacture of gas composition monitor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93033410A RU2065601C1 (en) 1993-07-01 1993-07-01 Method of manufacture of gas composition monitor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2065601C1 true RU2065601C1 (en) 1996-08-20
RU93033410A RU93033410A (en) 1997-02-20

Family

ID=20144035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93033410A RU2065601C1 (en) 1993-07-01 1993-07-01 Method of manufacture of gas composition monitor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2065601C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем, М., Мир, ч. II, с. 393 -394. 2. Fang Y.K., Zee J.J. Thin Solid films, 1989, v. 169, N 1, p. 51 - 56. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6239390B2 (en)
CN113740391B (en) MOF-derived NiO-Co 3 O 4 Preparation method of acetone gas sensor
JPH01132956A (en) Method of forming microcavity and electrochemical sensor and vapor-phase chromatograph applying the same
JPS59119249A (en) Detecting element of carbon monoxide and its production
RU2065601C1 (en) Method of manufacture of gas composition monitor
TWI706571B (en) Miniature gas sensor structure
EP0374005B1 (en) Method of producing a sensor for detecting gas, und sensor therefor
JP2002513930A (en) Hydrogen sensor
DE3606500A1 (en) Selective gas sensor for flammable (combustible, inflammable) gases
Shukla et al. Room temperature hydrogen gas sensitivity of nanocrystalline pure tin oxide
RU2339028C1 (en) Detecting element of oxygen analyser and method of making it
Arakelyan et al. Room temperature gas sensor based on porous silicon/metal oxide structure
CN111671427B (en) YSZ-based hybrid potential H2S sensor with inverse spinel type Co2SnO4 as sensitive electrode and preparation method thereof
JPS588743B2 (en) Gas/humidity sensor
US5969232A (en) Catalytic layer system
JP2847979B2 (en) Oxide semiconductor gas sensor
JPH02269948A (en) Sensor for combustion control
JPH01321348A (en) Hydrogen gas sensor
RU2029946C1 (en) Method to produce electrode
Aleksanyan et al. Cobalt Doped SnO 2 Thin Film for Detection of Vapor Phase Hydrogen Peroxide.
JPH01102354A (en) Sensor for controlling combustion
Martin et al. Impedancemetric technique for NOx sensing using a YSZ-based electrochemical cell
RU2359259C1 (en) Gas sensor parametre improving method
SU1124218A1 (en) Electrochemical pickup for checking combustible gases in oxygen-containing medium
JPH01185440A (en) Oxygen sensor element

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070702