Газочутливий сенсор

Реферат: UA 98930 U UA 98930 U 5 10 Корисна модель належить до напівпровідникової електроніки, а саме до конструкції газових сенсорів, і може бути використана в системах вимірювальних пристроїв, 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, концентрація газів 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 чутливі елементи якого використовують метал-діелектрик-напівпровідниковий (МДН) транзистор в колі емітера (ЧТЕ) та конденсатор МДН-типу [2]. Частота генератора: IT , (1) f  15 20 CU B де IT - струм через ЧТЕ; UB - напруга включення ОПТ; C - електроємність конденсатора. Структура МДН - структура струму, що при збільшені концентрації газу, що вимірюється, струм IT через ЧТЕ зростає, а ємність C зменшується, що згідно з формулою (1) приводить до росту частоти із збільшенням концентрації газу. Недоліком такого сенсора є низька газова чутливість. В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечити збільшення чутливості газового сенсора. Поставлена задача вирішується шляхом використання як струмозадавального елемента бази ОПТ газочутливого МДН-транзистора (ЧТБ) з індукованим каналом р-типу, що має протилежну провідність каналу ЧТЕ. Напруга ввімкнення ОПТ: UB  Iб  rб , (2) де Iб - струм в базі ОПТ; rб - опір частини бази, що модулюється [1]. 25 30 35 Із збільшенням концентрації газу Iб ЧТБ зменшується, що приводить до зменшення UB та додаткового збільшення (згідно з (1)) залежності частоти генератора від концентрації газу, тобто збільшується чутливість сенсора. На кресленні наведена схема газочутливого сенсора. Вона складається з ОПТ із резистором R, газочутливого МДН-транзистора в колі емітера ЧТЕ, струмозадавального елемента бази газочутливого МДН-конденсатора C . Через ЧТБ на ОПТ подається живлення, з резистора R знімається імпульсний вихідний сигнал, частота якого визначається чутливими транзисторами ЧТЕ, ЧТБ та конденсатором C по формулі (1). Сенсор працює наступним чином. Також як і у відомому сенсорі [1] при включенні джерела живлення конденсатор C заряджається через ЧТЕ до напруги перемикання UB , після чого напруга на емітері ОПТ спадає, конденсатор розряджається, імпульс струму знімається з резистора R, після чого період коливань повторюється. Якщо використовується як чутливий транзистор ЧТБ, конденсатор C та транзистор ЧТБ, величина струму IT через ЧТЕ збільшується, ємність C зменшується, струм Iб ЧТБ зменшується, що приводить до зменшення UB залежно від концентрації вимірюваного газу в навколишньому середовищі, то частота 40 45 50 вихідних імпульсів росте із збільшенням концентрації газу. Сигнал з сенсора може безпосередньо вводитись та оброблятись на комп'ютері. Експериментальна перевірка роботи газочутливого сенсора відбувалась відносно вимірювання концентрації водню в оточуючому середовищі. Як ЧТЕ та ЧТБ використовувався МДН-транзистор (метал - паладій або платина, діелектрик - SiO2, напівпровідник - кремній) з індукованим каналом n- та р-типу. При адсорбції водню такою плівкою затвору із паладію (10 нм) його потенціал змінюється, що приводить до росту IT (1) та частоти генератора. Як конденсатор використовувалась аналогічна МДН-структура з двома виводами із металу та напівпровідника. При адсорбції водню паладієм електроємність C структури зменшується, що також в відповідності з (1) приводить до збільшення частоти вихідного сигналу. При адсорбції водню плівкою затвору ЧТБ величина струму Iб зменшується, що приводить до зменшення UB у відповідності з (2) та збільшення частоти генератора від концентрації газу згідно з (1). Взаємодія трьох газочутливих елементів схеми (ЧТЕ- та ЧТБ-транзисторів і конденсатора C ) 1 UA 98930 U 5 10 15 20 приводить до збільшення чутливості газочутливого сенсора в 10-15 разів в порівнянні з сенсором, де тільки два елементи використовуються як газочутливі [1, 2]. Технологія виготовлення МДН-транзисторів та конденсатора, що пропонується, не відрізняється від технології звичайних польових транзисторів, вони можуть виготовлятись на будь-якому підприємстві електронної промисловості. Економічна ефективність при впровадженні корисної моделі полягає в тому, що включення в схему додаткового газочутливого МДН-транзистора як струмозадавального елемента бази ОПТ з індукованим р-каналом дає можливість підвищити чутливість газочутливого сенсора без додаткових елементів підсилення. Джерела інформації: 1. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. - М.: Радио и связь, 1990. - 270 с. 2. Патент України № 76166, МПК G01N27/02, опубл. 25.12.2012, бюл. № 24. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Газочутливий сенсор, що містить генератор релаксаційних коливань на основі одноперехідного транзистора із газочутливим метал-діелектрик-напівпровідниковим (МДН) транзистором з індукованим каналом n-типу в колі емітера та МДН-газочутливого конденсатора, а також із струмозадавальним елементом в колі бази одноперехідного транзистора, який відрізняється тим, що як такий елемент використовується газочутливий МДН-транзистор з індукованим каналом р-типу. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2