Микромеханический датчик для определения концентрации активного газа

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АКТИВНОГО ГАЗА(71) Заявитель Открытое акционерное общество МИНСКИЙ НИИ РАДИОМАТЕРИАЛОВ(72) Авторы Таратын Игорь Александрович Гринчук Анатолий Петрович Сергеев Евгений Александрович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество МИНСКИЙ НИИ РАДИОМАТЕРИАЛОВ(57) Микромеханический датчик для определения концентрации активного газа, содержащий кремниевую подложку, выполненную в виде рамки с центральным сквозным круглым отверстием, нагревательный элемент, размещенный на диэлектрическом основании, и газочувствительный слой, расположенный на нагревательном элементе, отличающийся тем, что диэлектрическое основание выполнено в форме прямоугольника и расположено на кремниевой подложке таким образом, что его противоположные концы закреплены на кремниевой подложке, продольная ось проходит через центр сквозного круглого отверстия, а ширина диэлектрического основания меньше диаметра сквозного круглого отверстия. Изобретение относится к полупроводниковым микроэлектронным датчикам и может быть использовано в качестве преобразователя, т.е. датчика концентрации активных газов,15235 1 2011.12.30 в технологических процессах микроэлектронной, химической, угольной промышленности, атомной энергетике. Известен полупроводниковый интегральный первичный преобразователь концентрации водорода, содержащий МДП-диод с каталитическим палладиевым электродом (чувствительный элемент), резистор диффузионного типа (нагреватель) и диод (датчик температуры). Рабочая температура чувствительного элемента (120 С) поддерживается с помощью датчика температуры и нагревателя. Прибор работает в циклическом режиме адсорбции водорода из водородсодержащего газа и десорбции в кислородсодержащем газе 1. Недостатками первичного преобразователя являются низкая стабильность результатов измерений и малая долговечность, обусловленные вспучиванием и отслаиванием металлического каталитического электрода вследствие увеличения объема каталитического электрода при десорбции водорода. Известен кремниевый первичный преобразователь водорода, содержащий МДПструктуру с палладиевым электродом (чувствительный элемент), два диффузионных резистора (нагреватели) и диод (датчик температуры). Концентрация водорода в подаваемой на первичный преобразователь газовой среде определяется по сдвигу напряжения плоских зон МДП-структуры, приводящему к изменению вольт-фарадных (или вольт-амперных) характеристик чувствительного элемента. Первичный преобразователь работает при температуре 160-200 С. Десорбция водорода осуществляется в кислородной среде 2. Несмотря на ряд технологических мер, улучшающих адгезию каталитического металла,жесткие условия работы чувствительного элемента и механические напряжения, обусловленные различной концентрацией водорода на поверхности и в объеме каталитического металла, приводят к вспучиванию металла после определенного числа циклов адсорбциидесорбции водорода. Известен интегральный первичный преобразователь концентрации водорода, содержащий полупроводниковую подложку с выполненными на ней чувствительной к водороду МДПструктурой с каталитическим электродом из металла платиновой группы, или барьером Шоттки, нагревателем и датчиком температуры, причем элементы преобразователя размещены на части подложки, которая выполнена в виде консоли к остальной части подложки и имеет толщину, равную по крайней мере двум областям пространственного заряда 3. Этот интегральный первичный преобразователь концентрации водорода имеет недостаток, заключающийся в том, что его конструкция достаточно сложна в изготовлении за счет наличия МДП-структуры. Известен также микромеханический датчик для определения концентрации активного газа, содержащий кремниевую подложку, выполненную в виде рамки с центральным сквозным круглым отверстием, нагревательный элемент, размещенный на диэлектрическом основании, и газочувствительный слой, расположенный на нагревательном элементе 4. Этому микромеханическому газовому датчику присущ недостаток, заключающийся в том, что у него сравнительно маленькая механическая прочность. Задачей настоящего изобретения является уменьшение мощности потребления. Поставленная задача достигается тем, что в микромеханическом датчике для определения концентрации активного газа, содержащем кремниевую подложку, выполненную в виде рамки с центральным сквозным круглым отверстием, нагревательный элемент, размещенный на диэлектрическом основании, и газочувствительный слой, расположенный на нагревательном элементе, диэлектрическое основание выполнено в форме прямоугольника и расположено на кремниевой подложке таким образом, что его противоположные концы закреплены на кремниевой подложке, продольная ось проходит через центр сквозного круглогоотверстия, а ширина диэлектрического основания меньше диаметра сквозного круглого отверстия. 15235 1 2011.12.30 Вышеприведенная совокупность признаков позволяет добиться уменьшения мощности потребления. Заявленный микромеханический датчик поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема микромеханического датчика для определения концентрации активного газа, вид сверху. На фиг. 2 - схема микромеханического датчика для определения концентрации активного газа, вид сбоку (разрез -). Микромеханический датчик для определения концентрации активного газа содержит кремниевую подложку, выполненную в виде рамки 1 с центральным сквозным круглым отверстием 2, нагревательный элемент, выполненный в виде платинового резистора 3,размещенный на диэлектрическом основании 4, концы которого меньше диаметра отверстия 2. Нагревательный элемент выполнен в виде платинового резистора 3, снабжен контактами 5, 6. К контактам 5, 6 выведены микропровода 7 и 8 для подачи необходимого напряжения. На нагревательном элементе, выполненном в виде платинового резистора 3,расположен газочувствительный слой 9. Микромеханический датчик для определения концентрации активного газа работает следующим образом. При подаче тока на контакты 5, 6 происходит нагрев нагревательного элемента, выполненного в виде платинового резистора 3, и газочувствительного слоя 9, который находится на нем. Происходит реакция активного газа с газочувствительным слоем 9, что приводит к изменению сопротивления структуры, состоящей из резистора 3 и газочувствительного слоя 9, приводящему к изменению электрического сопротивления на контактах 5, 6. По величине изменения напряжения определяют концентрацию активного газа. Данное изобретение позволяет снизить мощность потребления в 3-4 раза по сравнению с серийно изготавливаемыми датчиками. Например, при мощности потребления 60 мВт получено изменение напряжения 0-200 мВ при воздействии метана с концентрацией 5 . Такая конструкция найдет применение при разработке портативных приборов. Источники информации 1.. . -...,. . .. - -, 1985. 2..-.,.,./.. -. - . 1. - 1984. - Р. 14-15. 3. А.с. СССР 1783401, МПК 501 27/12, 1992. 4.20050312, 2006 (прототип). Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3