RU2212656C1

RU2212656C1 - Gas humidity sensor

Info

Publication number: RU2212656C1
Application number: RU2002105792/28A
Authority: RU
Inventors: И.А. Кировска; И.А. Кировская
Original assignee: Омский государственный технический университет
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-09-20
Also published as: RU2002105792A

Abstract

FIELD: gas analysis, registration and measurement of content of water vapors. SUBSTANCE: semiconductor gas humidity sensor has semiconductor base with metal electrodes deposited on it. Base is made of monocrystalline plate of indium phosphide. EFFECT: raised sensitivity of sensor and its adaptability to manufacture. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для измерения влажности различных газов. The invention relates to the field of gas analysis, in particular to detecting devices used to measure the humidity of various gases.

Известен датчик (детектор) по теплопроводности, действие которого основано на различии между теплопроводностью паров вещества и газа-носителя [1] . Однако чувствительность такого датчика (детектора) ограничивается на вещества с теплопроводностью, близкой к теплопроводности газа-носителя. A known sensor (detector) for thermal conductivity, the action of which is based on the difference between the thermal conductivity of the vapor of the substance and the carrier gas [1]. However, the sensitivity of such a sensor (detector) is limited to substances with thermal conductivity close to the thermal conductivity of the carrier gas.

Ближайшим техническим решением к изобретению является датчик влажности газов, содержащий непроводящую подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием - монокристаллической автоэпитаксиальной пленкой арсенида галлия и металлическими токопроводящими контактами. The closest technical solution to the invention is a gas humidity sensor containing a non-conductive substrate with a moisture-sensitive coating deposited on its surface — a monocrystalline auto-epitaxial gallium arsenide film and metal conductive contacts.

Недостатком известного устройства является недостаточная чувствительность для контроля влажности газов и трудоемкость его изготовления, предусматривающего нанесение энитаксиальной пленки на подложку (требуется разработка специальной сложной технологии). A disadvantage of the known device is the lack of sensitivity to control the humidity of the gases and the complexity of its manufacture, involving the application of an enitaxial film on a substrate (requires the development of a special complex technology).

Задачей изобретения является повышение чувствительности датчика и технологичности его изготовления. The objective of the invention is to increase the sensitivity of the sensor and the manufacturability of its manufacture.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном датчике влажности газов, содержащем полупроводниковое основание с нанесенными на его поверхность металлическими электродами, основание выполнено в виде монокристаллической пластины фосфида индия. The problem is solved due to the fact that in the known gas humidity sensor containing a semiconductor base with metal electrodes deposited on its surface, the base is made in the form of a single crystal indium phosphide plate.

Повышение чувствительности предлагаемого датчика, по сравнению с известным датчиком [2] , иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция датчика, а на фиг.2 - сравнительные кривые изменения электропроводности датчиков в условиях адсорбции паров воды соответственно: а) - прототипа, б) - предлагаемого объекта. The increased sensitivity of the proposed sensor, compared with the known sensor [2], is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows the design of the sensor, and Fig. 2 shows comparative curves of changes in the conductivity of the sensors under conditions of adsorption of water vapor, respectively: a) prototype, b ) - the proposed facility.

Датчик состоит из монокристаллической пластины фосфида индия 1 с нанесенными на его поверхность металлическими электродами 2. The sensor consists of a single-crystal plate of indium phosphide 1 with metal electrodes 2 deposited on its surface.

Принцип работы датчика основан на адсорбционно-десорбционных процессах, протекающих на полупроводниковой пластине и вызывающих изменение ее электропроводности. The principle of operation of the sensor is based on adsorption-desorption processes that occur on a semiconductor wafer and cause a change in its electrical conductivity.

Работа датчика осуществляется следующим образом. The operation of the sensor is as follows.

Датчик помещают в исследуемую среду. При адсорбции паров воды, сопровождающейся образованием донорно-акцепторных комплексов типа H₂O^+δ-In^-δ, происходит заряжение поверхности полупроводниковой пластины, соответственно изменение концентрации свободных носителей зарядов, а вследствие этого изменение ее электропроводности. По величине изменения электропроводности с помощью градуировочных кривых можно определить содержание влаги в исследуемой среде.The sensor is placed in a test medium. Upon adsorption of water vapor, accompanied by the formation of donor-acceptor complexes of the type H ₂ O ^{+ δ-} In- ^δ , the surface of the semiconductor wafer is ^charged , respectively, the concentration of free charge carriers changes, and as a result, its electrical conductivity changes. The magnitude of the change in electrical conductivity using calibration curves can determine the moisture content in the test medium.

Из анализа градуировочных кривых, полученных с помощью устройства-прототипа и предлагаемого детектора (см. фиг.2а, б), следует, что предлагаемый объект позволяет определять содержание паров воды (в газовых средах) с более высокой чувствительностью. Кроме того, упрощается технология его изготовления: отпадает необходимость в нанесении эпитаксиальной пленки на подложку. From the analysis of calibration curves obtained using the prototype device and the proposed detector (see figa, b), it follows that the proposed object allows you to determine the content of water vapor (in gaseous media) with higher sensitivity. In addition, its manufacturing technology is simplified: there is no need to apply an epitaxial film to a substrate.

Таким образом, применение монокристаллической пластины фосфида индия позволило повысить чувствительность датчика и его технологичность. Thus, the use of a single-crystal plate of indium phosphide made it possible to increase the sensitivity of the sensor and its manufacturability.

Источники информации
1. Вяхирев Д.А., Шушукова А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М.: Высшая школа, 1987.Sources of information
1. Vyakhirev D.A., Shushukova A.F. Guide to gas chromatography. M .: Higher school, 1987.

2. Авторское свидетельство 541137, М.кл.² G 01 N 1/11, БИ 48-76.2. Copyright certificate 541137, M.cl. ² G 01 N 1/11, BI 48-76.

Claims

A gas sensor containing a semiconductor base with metal electrodes deposited on its surface, characterized in that the base is made in the form of a single crystal indium phosphide plate.