Тонкопленочный фотоэлектрический датчик на аммиак

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК НА АММИАК(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной Академии наук Беларуси(72) Авторы Коваленко Олег Евгеньевич Гузовский Виталий Геннадьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной Академии наук Беларуси(57) Тонкопленочный фотоэлектрический датчик на аммиак, содержащий генератор прямоугольных импульсов, светодиод, подключенный к генератору, селективный усилитель,настроенный на частоту импульсов генератора, чувствительный элемент с планарной системой металлических электродов, подключенный к селективному усилителю, отличающийся тем, что чувствительный элемент изготовлен из пленки полиэтилентерефталата,нанесенной на диэлектрическую подложку, толщиной 0,5-1 мкм, в которую диспергированы наночастицы селенида кадмия в количестве 20-90 об. . 28842006.06.30 Полезная модель относится к полупроводниковой сенсорной технике и может быть использована при изготовлении датчиков концентрации аммиака, применяемых в системах экологического мониторинга. Известны устройства, которые осуществляют детектирование газов при помощи полупроводниковых сенсоров. Обычно детектирование газов основано на изменении электрического сопротивления некоторых полупроводниковых материалов, возникающем вследствие хемосорбции или физической адсорбции газа 1, 2. Существуют датчики, у которых измеряемым параметром является фотопроводимость, которая также изменяется вследствие адсорбции детектируемого газа 3, 4. Основным недостатком описанных устройств является использование нагревательных элементов, так как для обеспечения чувствительности и селективности рабочие температуры таких приборов выбираются в пределах 100500 С. Последнее обуславливает высокие требования к стабильности параметров полупроводниковой структуры. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является газовый датчик, использующий явление фотопроводимостиидля детектирования 2, СО и 3 5. Этот датчик содержит фоточувствительную ячейку, в которой возбуждаемые светом фотоЭДС или фототок изменяются в зависимости от типа адсорбированного газа. Фоточувствительная ячейка представляет собой многослойную структуру, где на электропроводящую подложку при помощи электролитического осаждения нанесен слой полупроводника -типа толщиной 1 мкм. На поверхность этого полупроводника методом вакуумного напыления нанесен тонкий (10-20 нм) светопроницаемый газопоглощающий слой металла, образующего с полупроводником барьер Шоттки. Электрические свойства этого металла изменяются в зависимости от поглощенного в нем газа. К недостаткам этого устройства можно отнести высокие требования к качеству поверхности полупроводника при изготовлении барьера Шоттки и, вследствие этого, высокая стоимость изделия. Технической задачей заявляемого устройства является упрощение технологии изготовления датчика газа и снижение его стоимости. Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве, содержащем генератор прямоугольных импульсов, светодиод, подключенный к генератору, селективный усилитель, настроенный на частоту импульсов генератора, чувствительный элемент с планарной системой металлических электродов, подключенный к селективному усилителю, чувствительный элемент изготовлен из пленки полиэтилентерефталата (ПЭТФ), толщиной 0,5-1 мкм, с диспергированными в нее наночастицами селенида кадмияв количестве 20-90 об. , нанесенной на диэлектрическую подложку. Варьируя соотношение компонентов полупроводник/диэлектрик и толщину пленки,изменяется чувствительность структуры к газовым примесям и диапазон регистрируемых концентраций примесей. Пределы размера толщины пленки и объемной концентрации селенида кадмия определены опытным путем и только в этих пределах решается поставленная техническая задача. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 изображена схема чувствительного элемента. Устройство содержит чувствительный элемент 1, светодиод 2,генератор прямоугольных импульсов 3, селективный усилитель, настроенный на частоту генератора 4. Чувствительный элемент состоит из диэлектрической подложки 5, чувствительного слоя (/ПЭТФ) 6 и металлических электродов 7. Устройство работает следующим образом. Пары аммиака адсорбируются на поверхности чувствительного элемента 1, который освещается модулированным светом светодиода 2. Молекулы аммиака пассивируют поверхностные дефекты наночастиц, тем самым увеличивают время жизни основных носителей заряда, что приводит к увеличению фототока. Изменение фототока регистрируется селективным усилителем 4. Использование модулированного освещения позволяет исключить влияние проводимости адсорбированного 2 28842006.06.30 на поверхности чувствительного элемента электропроводящего слоя пароваммиака и контролировать только изменение фотоэлектрических свойств тонкопленочной полупроводниковой структуры. Пример реализации устройства. Заявляемое устройство реализовано в следующем виде. Чувствительный элемент представляет собой пленку ПЭТФ толщиной 0,7 мкм с объемным содержанием полупроводниковых наночастиц 50 об. , которая сформирована поочередным осаждением компонент из двух независимых источников методом электронно-лучевого испарения в вакууме на стеклянную подложку 6, 7. На поверхность тонкопленочной структуры методом термического испарения в вакууме нанесена компланарная система индиевых электродов. В качестве селективного усилителя используется усилитель-преобразователь УПИ-1. Чувствительный элемент освещается модулированным с частотой 20 Гц светом зеленого светодиода (525 нм), подключенного к генератору прямоугольных импульсов Г 5-79. Фотопроводимость чувствительного элемента при изменении концентрации паров аммиака от 0,25 до 25 об.обратимо меняется на два порядка. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3