Газовий сенсор

Реферат: UA 76166 U UA 76166 U 5 10 Корисна модель належить до напівпровідникової електроніки, а саме до конструкції газових сенсорів, і може бути використана в пристроях вимірювальних приладів, автоматиці та екології. Відомі конструкції сенсорів на основі генератора релаксаційних коливань, що містить одноперехідний транзистор (ОПТ), з двома резисторами в базових колах та конденсатором і резистором в емітерному колі [1]. Використовуючи як резистор чутливі до вимірюваної величини (температура, тиск і т.д.) елементи (терморезистори, тензорезистори і т.д.) отримують сенсор, вихідним параметром якого є частота коливань, пропорційна впливу відповідних параметрів, що необхідно вимірювати. Найближчим аналогом є сенсор на основі генератора на ОПТ, як чутливий елемент якого використовується другий чутливий транзистор (ЧТ) [2]. Частота генератора. f 15 20 25 30 35 40 45 50 IT CVB , (1) де Іт - струм через ЧТ, VB - напруга перемикання ОПТ. При використанні аналогічного сенсора як газового детектора, як ЧТ повинен використовуватись транзистор, струм якого залежить від вмісту даного газу в оточуючому середовищі. Недоліком такого сенсора є низька газова чутливість, обумовлена тим, що тільки один елемент схеми генератора ЧТ чутливий до вимірювального газу. В основу корисної моделі поставлено задачу збільшення чутливості газового сенсора. Технічним рішенням є використання як другого чутливого елемента конденсатора, електроємність С якого також залежить від концентрації газу. На кресленні приведена схема газового сенсора. Вона складається з ОПТ із резисторами R1 і R2, чутливого транзистора ЧТ та конденсатора С. Через резистор R2 на ОПТ подається живлення, з резистора R1 знімається імпульсний вихідний сигнал, частота якого визначається чутливим транзистором ЧТ на конденсатором С по формулі (1). Сенсор працює наступним чином. Так же як і у відомому сенсорі [1], при включенні джерела живлення конденсатор С заряджається через ЧТ до напруги перемикання VB, після чого напруга на емітері ОПТ спадає, конденсатор розряджається, імпульс струму знімається з резистора R1, після чого період коливань повторюється. Якщо як чутливий транзистор ЧТ та конденсатора С, величина струму Іт через ЧТ збільшується, а ємність С зменшується залежно від концентрації вимірюваного газу в навколишньому середовищі, то частота вихідних імпульсів росте із збільшенням концентрації газу. Сигнал з сенсора може безпосередньо вводитись та оброблятись на комп'ютері. Експериментальна перевірка роботи газового сенсора відбувалась відносно вимірювання концентрації водню в оточуючому середовищі. Як ЧТ використовувався МДН- транзистор (метал - паладій, діелектрик - SiO2, напівпровідник - кремній р-типу) з індукованим каналом nтипу. При адсорбції водню такою плівкою затвору із паладію (10 нм) його потенціал змінюється, що приводить до росту Іт (1) та частоти генератора. Як конденсатор використовувалась аналогічна МДН-структура з двома виводами від металу та напівпровідника. При адсорбції водню паладієм електроємність С структури зменшується, що також в відповідності з (1) приводить до збільшення частоти вихідного сигналу. Взаємодія двох газочутливих елементів схеми (ЧТ-транзистора та конденсатора С) приводить до збільшення чутливості газового сенсора в 5-10 разів в порівнянні з сенсором, де тільки один елемент використовується як газочутливий [1]. Економічний ефект від використання сенсора на базі одноперехідного транзистора в комплексі з газочутливим конденсатором та МДН-транзистором полягає в тому, що в пристроях для виміру концентрації газу в навколишньому середовищі потрібна менша кількість підсилюючих елементів, тобто зменшується вартість пристрою. Технологія виготовлення МДН-транзистора та конденсатора, що пропонується, не відрізняється від технології звичайних кремнієвих приладів і може бути виготовлений на будь-якому підприємстві електронної техніки. Джерела інформації: 1. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. - Москва: Радио и связь, 1990. - 270с. 2. Патент України №20016 H01L 31/10. 15.01.2007. Бюл. №1, 2007р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Газовий сенсор, що містить генератор релаксаційних коливань на основі одноперехідного транзистора зі струмозадавальним елементом та конденсатором в колі емітера, який відрізняється тим, що як елемент використовують МДН-транзистор, з індукованим каналом nтипу, а як конденсатор - МДН-структуру з двома виводами від металу та напівпровідника. 1 UA 76166 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2