Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДАТЧИК СОСТАВА ГАЗА
ДАТЧИК СОСТАВА ГАЗА

ДАТЧИК СОСТАВА ГАЗА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в измерительной технике при разработке микроэлектронных датчиков состава газа. Сущность изобретения: датчик содержит кремневую подложку с выполненной на ней мембраной из диоксида кремния, на которой последовательно сформированы резистивный нагреватель, слой изолирующего диэлектрика и пленка чувствительного материала. Мембрана выполнена круглой. Резистивный нагреватель выполнен в форме незамкнутого кольца, центр которого совпадает с центром круглой мембраны, а его внешний радиус меньше радиуса круглой мембраны. Пленочные контакты нагревателя выполнены на свободных торцовых кромках резистивного нагревателя. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2054664
Класс(ы) патента: G01N27/12
Номер заявки: 93005769/25
Дата подачи заявки: 01.02.1993
Дата публикации: 20.02.1996
Заявитель(и): Нижегородское производственное предприятие "Эко Плюс"
Автор(ы): Жуков Г.Ф.; Чепуренко О.Ф.
Патентообладатель(и): Нижегородское производственное предприятие "Эко Плюс"
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке микроэлектронных датчиков состава газа.
Известна конструкция датчика химического состава газов [1] содержащая кремниевую подложку с выполненным на ее верхней поверхности слоем диоксида кремния, на котором последовательно выполнены тонкопленочный нагреватель, слой изолирующего диэлектрика и пленка чувствительного материала. Для повышения равномерности температуры чувствительного слоя часть подложки под пленочным нагревателем вытравлена по всей ее толщине, образуя усеченный конус.
Недостатком конструкции является низкое тепловое сопротивление между нагревателем и корпусом устройства, что приводит к повышению потребляемой мощности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является датчик состава газа [2] содержащий кремниевую подложку с выполненной на ней мембраной из диоксида кремния, на которой последовательно сформированы резистивный нагреватель, слой изолирующего диэлектрика и пленка чувствительного материала.
Для повышения теплового сопротивления между нагревателем и кристаллодержателем (корпусом) и, следовательно, снижения потребляемой мощности область кремниевой подложки, расположенная под нагревателем, вытравлена на всю ее глубину, образуя мембрану из слоя диоксида кремния.
Недостатком конструкции является значительная неравномерность температуры по площади чувствительного слоя (температурный профиль имеет колоколообразную форму с максимумом в центре ввиду размещения резистивного нагревателя на значительной площади мембраны, включая ее центральную часть) с высоким тепловым сопротивлением тепловому потоку между центральной и периферийной областями резистивного нагревателя.
Техническим результатом изобретения является снижение потребляемой мощности и повышение повторяемости результатов измерений концентрации газов.
Результат достигается тем, что в датчике состава газа, содержащем кремниевую подложку с выполненной на ней мембраной из диоксида кремния, на которой последовательно сформированы резистивный нагреватель, слой изолирующего диэлектрика и пленка чувствительного материала, мембрана выполнена круглой, резистивный нагреватель выполнен в форме незамкнутого кольца, центр которого совпадает с центром круглой мембраны, а его внешний радиус меньше радиуса круглой мембраны, при этом пленочные контакты нагревателя выполнены на свободных торцовых кромках резистивного нагревателя.
На фиг. 1 изображена конструкция датчика; на фиг.2 изображен профиль температурного поля, создаваемого резистивным нагревателем.
Датчик содержит кремниевую подложку 1 с выполненной на ней круглой мембраной 2, на которой последовательно сформированы резистивный нагреватель 3 в форме незамкнутого кольца с пленочными контактами 4, слой изолирующего диэлектрика 5 и пленка 6 чувствительного материала (SnO2, ZnO и др.). Кремниевая подложка 1 нижней поверхностью 7 прикреплена к кристаллодержателю 8.
Датчик работает следующим образом.
К пленочным контактам 4 резистивного нагревателя 3 подключается напряжение U, в результате чего температура нагревателя Тн повышается относительно температуры Тк кристаллодержателя (корпуса датчика) на величину Т Тн Тк U2 x Rt/R (R сопротивление резистивного нагревателя; Rt тепловое сопротивление между резистивным нагревателем и кристаллодержателем). Ввиду малой толщины слоя изолирующего диэлектрика 5 температурное поле чувствительной пленки 6 (газочувствительного слоя) практически совпадает с температурным полем в области нагревателя 3, расположенной под газочувствительным слоем.
Выбранная топология резистивного нагревателя 3 обеспечивает высокую равномерность его температурного поля в области r r1 (см.фиг.2, на котором r1 и r2 внутренний и внешний радиусы резистивного нагревателя; rm радиус мембраны).
Равномерность температуры нагревателя и, следовательно, газочувствительной пленки обусловлена радиальной симметрией резистивного нагревателя и созданием адиабатических условий в области мембраны, ограниченной внутренним радиусом нагревателя.
При рабочей температуре в присутствии газовой среды сопротивление газочувствительной пленки является определенной функцией концентрации регистрируемого газа, которое регистрируется блоком обработки результатов.
В заявляемом датчике ввиду значительно меньшей площади резистивной области тепловыделения более чем в 1,5 раза возрастает тепловое сопротивление нагревателя и соответственно снижается потребляемая мощность.
Высокая равномерность температуры газочувствительного слоя повышает также точность результатов измерений, поскольку для каждой регистрируемой компоненты газа максимальная чувствительность достигается при определенной температуре газочувствительного слоя.
Формирование на мембране пленочных слоев с осесимметричной топологией, снижающее градиенты температуры в мембране, дополнительно приводит к повышению надежности датчика.
Изготовление нагревателя в заявляемом датчике не требует изменения и усложнения технологии производства.
Формула изобретения: ДАТЧИК СОСТАВА ГАЗА, содержащий кремниевую подложку с выполненной на ней мембраной из диоксида кремния, на которой последовательно сформированы резистивный нагреватель, слой изолирующего диэлектрика и пленка чувствительного материала, отличающийся тем, что мембрана выполнена круглой, а резистивный нагреватель - в форме незамкнутого кольца, центр которого совпадает с центром круглой мембраны, а его внешний радиус меньше радиуса круглой мембраны, при этом пленочные контакты нагревателя выполнены на свободных торцевых кромках резистивного нагревателя.