Сенсоры на основе МДП-структур

Мдп-структуры, металлический затвор которых выполнен из каталитически активных переходных металлов(палладий, платина, никель и др.) изменяют свои хар-ки под действием содержащихся в атмосфере газообразных в-в.

Сущ несколько модификаций сенсоров. Для увеличения адсорбционной чувствительности применяются МДП-структуры с перфорированными затворами. (Рис.1) В палладиевом затворе создаются поры диаметром 1,5-3 мкм, наличие которых облегчает доступ газообразных частиц к диэлектрику, а также увеличивает сорбционную поверхность. Перфорированный затвор выполняет роль катализатора, который усиливает ионную диссоциацию газовых частиц.

Для увеличения селективности к газам, на поверхность металла наносят слой спец веществ. В качестве диэлектрика используется воздушный зазор. Попадая в воздушный зазор между поверхностью полупроводника и зазором, исследуемый газ изменяет диэлектрическую проницаемость воздуха в зазоре, формирует дипольный слой, что приводит к изменению порогового напряжения транзистора.

В др. варианте газового датчика с воздушным зазором применяется перфорированный сетчатый металлический затвор. (рис.2) На слой диэлектрика наносят металлический подслой толщиной требуемого воздушного зазора; на подслой наносят платиновый затвор, на котором создаются поры. Для повышения чувствительности перфорированный затвор покрывают адсорбционно-чувствительным покрытием. В этом случае анализируемое газообразное в-во проникает в полость под затвором и взаимодействует с его внутренней поверхностью, внешней и боковой, покрытыми чувствительным слоем.

Проблема селективности решается путём использования «электронных носов», представляя собой матрицу полупроводниковых сенсоров, имеющих различную чувствительность к различным газовым компонентам.

98.Сенсоры на основе твердых электролитов предназначены д/опред-я тех газообр-х в-в, чьи ионы при диссоциации обусловливают проводимость тв-х эл-литов(ионных проводников). Принцип раб-ы: поступающий газ диффундирует через пористый раб-й эл-д к границе раздела эл-д – тв. эл-лит, где происх-т его диссоц-я с образованием ионов, кот под действием электр-о поля диффундируют через чувствит-й элемент сенсора к др. эл-ду.

Схема

Со стороны катода, выполненного либо перфорированным, либо в виде растровой системы, происх-т сорбция молекул кислорода, кот-е диссоц-ют с образ-ем заряж-х ионов. Ионы кисл-да под действием электр-о поля диффунд-ют через чквствит-й элемент к аноду, где разряжаются с образованием молекулярного кислорода. Т.О. ток в измерительной цепи пропорционален сод-ю кислорода в исследуемой атмосфере. Поскольку подвижность ионов низкая, д/ее увелич-я чувствит-е элементы сенсоров нагревают до 750-1100оС. Изготавливают эл-ды, чквствит-е к H2, CO, NH3 с чувствит-м элементом из протонового проводника Sb2O5*2H2O.

Тепловые сенсоры

Принцип: основан на регистрации измерения тепло-физическиххар-к, чувствительности элемента в результате внешнего воздействия, например химической реакции. Чаще используют:

Пироэлектрические сенсоры:

Пироэлектричество явление возникновения поверхностного заряда у некоторых кристаллов при применении к ним внешнего теплового воздействия вдоль соответствующего кристаллографического направления.

Тепловые воздействия приводят в действия кристаллические решетки. Скорость изменения средней температуры пироэлект структуры определяет величину возникающего заряда и если пироэлектр коэффициент мало зависит от температуры пироэлект элемент можно использовать для контроля потока тепловой энергии.

Пироэректрические сенсоры являются микроколориметрами в качестве выходного сигнала в таких датчиках используют измерения напряжения или измерения тока между электродами. В качестве пироэлектр чувствительного элемента используют LiTiO3

рис

Нагревательный электрод используют для введения в систему регулирующего количества тепла, что приводит к иному изменению температуры с постоянной скоростью. Один из электродов датчика покрывается катализ.или выполняется из каталити. активного металла (Ni, Pt). Для протекания реакций окисления. В результате, которой, выделяется или поглощается некоторое количества тепла, то приводит к изменению выходного сигнала.

График. Пояснения к нему. Каждый пик соответствует какой-либо реакции, протекающей на катализаторе при определенной температуре.

Термокаталитические сенсоры

Работают на эффекте изменения электрофизических свойств чувствительного элемента в процессе нагрева за счет энергии выделяющейся в результате каталитической реакции. Наиболее распространены малоэлектродные сенсоры (пеллисторы), представляющие собой спираль из платиновой проволоки толщиной 5- 25 мкм., покрытую слоем керамики, на поверхность которой нанесен слой катализатора (поладий, платина)

Рис

Принцип работы основан на тепловом эффекте каталитического окисления газа на поверхности катализатора, сопровождвющегося изменением температуры сенсора, сопротивлением спирали. В пилласторах вместо керамического покрытия используют полупроводниковый материал (SnO 2).