RU2065601C1 - Method of manufacture of gas composition monitor - Google Patents
Method of manufacture of gas composition monitor Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
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-
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)
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)
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
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
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)
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) |
-
1993
- 1993-07-01 RU RU93033410A patent/RU2065601C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
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 |