НАЗВАНИЕ ПРОЕКТА

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ГАЗОВЫЕ СЕНСОРЫ

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

… В РНЦ Курчатовский Институт, Институт Молекулярной Физики разработаны малогабаритные полупроводниковые приборы, - химические сенсоры, - предназначенные для анализа химического состава газов и жидкостей. Химические сенсоры, изготавливаемые по микроэлектронной технологии, сочетают в себе достоинства микроэлектронных устройств: низкую стоимость при массовом производстве, миниатюрность, низкую электрическую мощность, - с возможностью измерения концентрации газов и жидкостей в широких пределах и с достаточно высокой точностью.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

…Разработанные сенсоры делятся на две группы: металлооксидные сенсоры и структурные полупроводниковые сенсоры.

…Металлооксидные сенсоры.

……Сенсоры изготавливаются по толстопленочной микроэлектронной технологии. В качестве подложки используется поликристаллическая окись алюминия, на нее с двух сторон наносятся нагреватель и металлооксидный газочувствительный слой.

……Сенсоры предназначены для определения концентраций горючих газов (метан, пропан, бутан, водород и т.д.) в воздухе в интервале концентраций от 0,001% до единиц процентов, а также токсичных газов (СО, арсин, фосфин, сероводород и т.д.) при концентрациях на уровне ПДК.

Конструкция сенсора

… …Эти сенсоры могут быть также использованы для одновременного и селективного определения концентраций кислорода и водорода в инертных газах, например в ракетной технике.

…Сенсоры имеют рекордно низкую для своего класса электрическую мощность, необходимую для нагрева (менее 150 мВт).

…Сенсоры могут применяться сигнализаторах утечки газов и системах противопожарной сигнализации (как стационарных, так и карманных).

…Сенсоры производятся серийно, их цена в крупных партиях не превышает $5.

…Структурные полупроводниковые сенсоры.

…К ним относятся сенсоры на основе кремниевых структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), металл-твердый электролит-полупроводник и диоды Шоттки.

…МДП структуры с затвором, выполненным из палладия или платины используются для определения концентрации водорода в воздухе или инертных газах. Порог обнаружения водорода составляет величину порядка 0,1 ррм (0,00001%). Эти сенсоры были успешно применены для определения концентрации водорода в теплоносителе ядерных реакторов, что необходимо для поддержания их безопасности.

…Структуры с твердым электролитом (использовался твердый электролит трифторид лантана, проводящий по ионам фтора) были использованы для определения концентраций фтора фторидов (прежде всего, фтористого водорода) в воздухе. Сенсоры работают при комнатной температуре. Они позволяют определять концентрацию фтора и фтористого водорода на уровне 0,03 ppm, что составляет примерно 0,1 ПДК. Определение утечек фтористого водорода особенно важно для экологии областей с крупным производством алюминия, полимеров, ядерного топлива.

…Подобные структуры, выполненные на основе карбида кремния и работающие при температуре около 500⁰С, могут использоваться для измерения концентраций фреонов.

…Ионоселективные транзисторы.

…Эти приборы, выполненные на основе структур полупроводник -твердый электролит (трифторид лантана) используются для измерения концентрации ионов фтора, например, в питьевой воде. Как известно, это важно для профилактики заболеваний кариесом. Приборы на основе таких сенсоров могут устанавливаться в домах и управлять дозатором ионов фтора, регулирующим их концентрацию на оптимальном уровне.

…Метан, пропан, бутан и другие углеводороды. Водород, сероводород, аммиак. Окись углерода. Пары этилового спирта, бензина, ацетона и других растворителей. Озон, примеси кислорода и водорода в инертных газах.

Диапазон концентрации газа 0.001 - 2.5 % об.

Погрешность определения концентрации 10 – 15 % отн.

Время реагирования на появление метана не более 1 - 2 сек.

Изменение показаний при изменении влажности от 10 до 100 % RH (по отношению к показаниям при влажности 55 % RH) не более ± 5 % отн.

Условия эксплуатации: Температура от –20 до 40⁰С.

Влажность от 10 до 100 % RH

Давление атмосферное

Габаритные размеры Ж 11.5 х 9 мм.

Вес около 2 г

Исполнение взрывозащитное

Готовность к работе после включения менее 3 мин.

Механическая прочность: Вибрация с частотой 16 Гц и амплитудой 4 мм не менее 1 час.

Удары с ускорением 100 g не менее 5

Гарантированное время хранения до эксплуатации длительное

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

… Газоанализаторы и газосигнализаторы горючих и токсичных газов.

… Пожарная сигнализация.

…Многокомпонентные газосигнализаторы для экологического мониторинга.

…Трёхкомпонентный газосигнализатор.

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

Сенсоры изготавливаются во взрывозащищенном исполнении по ГОСТ 22782

СТАДИЯ ОСВОЕНИЯ

Экспериментальный образец.