CC BY
46
АДАПТАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ ДЛЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ГОРЮЧИХ И ВЗРЫВООПАСНЫХ СРЕДАХ
Д.В. Русских, В.Е. Туев, ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России,
Е.А. Русских,
ФГБОУ ВПО Воронежский государственный
технический университет
Многие исследователи проявляют большой интерес к полупроводниковым датчикам газа на основе диоксида олова. При их относительной дешевизне датчики имеют малые размеры и достаточно высокую чувствительность. Главным недостатком таких датчиков является необходимость нагрева до высоких температур порядка 500 оС при определении газовой чувствительности и десорбции газов, что ограничивает их использование для контроля горючих и взрывоопасных газов. Таким образом, снижение температуры максимальной газовой чувствительности микроэлектронных датчиков газов является актуальной проблемой.
Целью работы являлось исследование температурных зависимостей вольт-амперных характеристик (ВАХ) тестовых структур микроэлектронных датчиков газов.
Измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) проводились на тестовых структурах микроэлектронных датчиков газов. Кристалл датчика размером 1*1x0,12 мм содержит платиновый тонкоплёночный нагреватель и контакты встречно-штырьевого типа на расстоянии 10 мкм друг от друга, на которые напылен газочувтвительный слой Бп02 [1].
Исследования ВАХ проводились на воздухе и в парах этанола (1000 ррт, 2000 ррт и 4000 ррт) при восьми различных значениях температуры: комнатная температура, 75 оС, 100 оС, 125 оС, 150 оС, 175 оС, 200 оС, 225 оС.
Из температурных зависимостей ВАХ видна реакция чувствительного элемента на присутствие этанола в воздухе при температуре 75 0С. Для обобщения и анализа экспериментальных данных, полученных при различных концентрациях этанола в воздухе (1000 ррт и 2000 ррт), по формуле Б = 1чг/1чв (где 1чг - ток чувствительного элемента в присутствии газа, 1чв - ток чувствительного элемента на воздухе), была рассчитана относительная газовая чувствительность для всех значений температур при 15 В.
Установлено, что для всех исследованных концентраций этанола в воздухе максимальная газовая чувствительность наблюдается в интервале от 150 до 200 оС, причем она возрастает с увеличением концентрации газа. Однако из литературы известно, что при обычных условиях температура максимальной газовой чувствительности тонкопленочных датчиков газов к
этанолу около 400 оС [2], т.е. нам удалось снизить температуру максимальной газовой чувствительности. Это позволит расширить рынок потребления, увеличить срок службы и использовать полупроводниковые датчики газов в экономичных, с точки зрения энергопотребления, портативных индикаторах газов. На рис. 1 приведена зависимость величины максимальной газовой чувствительности от концентрации этанола в воздухе.
10 -|------———
1 _|------———
1000 10000
С, ррт
Рис. Зависимость относительной газовой чувствительности тестовых структур датчиков газов от концентрации этанола в воздухе при условии протекания тока через чувствительный элемент
Из рис. видно, что величина максимальной газовой чувствительности изменяется в пределах от 2,5 до 4,7 и является достаточной для использования датчика в устройствах сигнализации опасных газов без дополнительных усиливающих схем. График имеет довольно четкий угол наклона, что позволит использовать такие приборы в точных устройствах, способных определять малые концентрации газов в воздухе.
Список использованной литературы:
1. Рембеза С.И., Просвирин Д.Б., Викин О.Г. Викин Г.А., Буслов В.А., Куликов Д.Ю. Особенности конструкции и технологии изготовления тонкопленочных металлооксидных интегральных сенсоров газов // Сенсор. 2004. № 1(10). С. 20-28.
2. Figaro: датчики газов. М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2002. 64 с.
