Описание запатентованных изобретений в области способов изготовления и конструкций газовых сенсоров

1 Патент № 2059231 (RU). Газовый анализатор

Сущность изобретения: газовый анализатор содержит кремниевую пластину, на которой последовательно сформированы слои оксида и нитрида кремния, слой нагревателя, слой диэлектрика и газочувствительный слой. Нагреватель выполнен в виде решетки с линейными размерами элементов, равными длине волны ИК-излучения, соответствующей максимуму поглощения молекул анализируемого газа.

Изобретение относится к устройствам для газового анализа и может быть использовано для определения газовой компоненты в самых различных областях народного хозяйства, таких как нефте- и газодобывающая промышленность, сельское хозяйство, медицина, в быту и т.д.

2 Патент № 2307346 (RU). Способ изготовления чувствительного элемента датчиков газа.

Использование: изобретение относится к газовому анализу, в частности к полупроводниковым газовым датчикам для контроля токсичных и взрывоопасных газов. Полупроводниковый чувствительный элемент представляет собой изолирующую подложку с предварительно нанесенными контактами, на которой методом реактивного магнетронного распыления составной мишени в атмосфере аргона и кислорода напыляют слой диоксида олова, легированного кремнием в виде диоксида кремния. Изготовленный таким образом чувствительный элемент отжигают на воздухе при температуре 400-500°С не менее 4 часов для формирования нанокристаллической структуры. Изобретение направлено на повышение селективности и снижение рабочей температуры чувствительного элемента.

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к полупроводниковым газовым датчикам для контроля токсичных и взрывоопасных газов, и может быть использовано в тех областях науки и техники, где необходим анализ газовых сред.

3 Патент 2076315 (RU). Резистивный газовый датчик.

Использование: для определения концентрации газа. Сущность изобретения: резистивный газовый датчик содержит диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнены пленочный нагреватель в виде по меньшей мере одного пленочного элемента прямоугольной формы с пленочными контактами и газочувствительный слой с пленочными электродами. Диэлектрическая подложка прикреплена к корпусу датчика боковой стороной, параллельной резистивному элементу нагревателя. На верхней поверхности подложки выполнены пленочные выводы нагревателя и газочувствительного слоя, являющиеся продолжением пленочных контактов нагревателя и электродов газочувствительного слоя. Электроды газочувствительного слоя расположены между пленочным нагревателем и противолежащей незакрепленной стороной диэлектрической подложки.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и, в частности, к полупроводниковым датчикам для измерения концентрации газов в окружающей среде.

4 Патент 2065602 (RU). Способ изготовления полупроводникового датчика газов.

Использование: в области аналитической техники, при изготовлении полупроводниковых датчиков газов для анализа состава окружающей среды. Сущность изобретения: последовательно наносят на диэлектрическую подложку металлический пленочный нагреватель с системой контактов, разделительный пористый диэлектрический слой и газочувствительный слой. При этом перед нанесением газочувствительного слоя проводят термообработку диэлектрического слоя при температуре не ниже рабочей температуры датчика. Пористый диэлектрик формируют анодной обработкой нанесенного материала. В качестве органического полупроводника используют фталоцианины металлов. Пористый диэлектрик формируют анодной обработкой нанесенного материала.

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам изготовления полупроводниковых датчиков газов для анализа состава окружающей среды.

5 Патент 2096775 (RU). Способ изготовления полупроводникового чувствительного элемента.

Использование: Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в тех областях науки и техники, где необходим анализ газовых и жидких сред. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводникового чувствительного элемента, заключающемся в последовательном нанесении на диэлектрическую термостойкую подложку тонкого полупроводникового слоя и слоя металла-катализатора, на поверхность слоя металла-катализатора наносят диэлектрический слой, выполненный из материала, проницаемого только для измеряемой компоненты.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в тех областях науки и техники, где необходим анализ газовых и жидких сред.

6 Патент 6059937 (US). Sensor having tin oxide thin film for detecting methane gas and propane gas, and process for manufacturing thereof. (Тонкопленочный датчик на основе оксида олова для обнаружения метана и пропана и процесс его изготовления).

The present invention relates to a sensor for detecting hydrocarbon type gas such as methane gas and propane gas, and process for manufacturing thereof. SiO₂ was deposited in 1 μm by ion beam sputtering with a mixed gas (3:2) of argon and oxygen on a silicon wafer in the process. In case of a propane sensor, platinum electrode is deposited in 600 Å by ion beam sputtering on a tin oxide thin film synthesized by ionized beam of which the oxygen ion energy is 0 to 500 eV by using poly alumina. In case of a methane sensor, heat treatment at 500° C. was performed for 1 hour in the air in order for the thin film to be stable at high operation temperature, while heat treatment was not performed in case of propane sensor. The sensor was manufactured by adding platinum or palladium thereto by argon ion beam sputtering. The thin film type tin oxide sensor according to the present invention exhibited an excellent selectivity of 47.4% even at low temperature of 150° C. at a gas concentration of 3,000 ppm in case of the methane sensor, while a sensor having high electric sensitivity and selectivity as 93.4% was obtained in case of the propane sensor.

Изобретение относится к датчиковой аппаратуре для обнаружения углеводородных газов, таких как метан и пропан, и затрагивает процесс их изготовления. SiO2 осажден на кремниевую подложку слоем толщиной в 1 мкм методом ионно-лучевого распыления с помощью газовой смеси (3:2) аргона и кислорода.

В случае датчика пропана, платиновый электрод осаждается толщиной 600 Å ионным пучком на тонкую пленку оксида олова, синтезированную ионизированным лучом с энергией ионов кислорода в диапазоне от 0 до 500 эВ с помощью оксида алюминия. В случае датчика метана, термообработка при 500 ° С была выполнена в течение 1 часа на воздухе для того, чтобы тонкая пленка была устойчивой при высоких температурах эксплуатации, в то время как в случае датчика пропана термическая обработка не проводилась. Датчик был изготовлен путем добавления платины или палладия в него посредством распыления ионного пучка аргона. Тонкая пленка оксида олова в датчике в соответствии с изобретением обеспечивает отличную избирательность 47,4% даже при низкой температуре 150 ° С при концентрации газа в 3000 ppm в случае датчика метана, в случае датчика пропана достигнута высокая чувствительность и селективность 93,4%.

7 Патент 2371709 (RU). Cпособ определения концентрации водорода в присутствии газообразных примесей.

Изобретение может быть использовано в системах пожарной сигнализации и газоанализаторах. Способ определения концентрации водорода в присутствии газообразных примесей заключается в том, что измеряют электрический сигнал на выходе полупроводникового сенсора с чувствительным слоем из оксида металла при нагревании его до заданной температуры, по значению этого сигнала определяют величину проводимости чувствительного слоя полупроводникового сенсора, запоминают, сопоставляют ее с предварительно полученным калибровочным значением и определяют концентрацию водорода. При этом сигнал на выходе полупроводникового сенсора измеряют непрерывно, циклически нагревая его до температуры T₁ и охлаждая его до температуры T₂. Определяют производную проводимости чувствительного слоя сенсора по времени в течение интервала времени между окончанием нагрева до температуры T₁ и окончанием охлаждения до температуры Т₂. Определяют величину проводимости, являющуюся функцией концентрации газа. Затем определяют наличие и количество локальных минимумов зависимости проводимости чувствительного слоя от времени в интервале между окончанием нагрева и окончанием охлаждения, при этом, если таких локальных минимумов было два, электрический сигнал на выходе полупроводникового сенсора измеряют в момент времени между первым и последним локальным минимумом, в котором абсолютная величина производной проводимости по времени достигает минимума, если локальный минимум был один, то электрический сигнал на выходе полупроводникового сенсора измеряют в момент времени между окончанием нагрева и последним локальным минимумом, в котором абсолютная величина производной проводимости по времени достигает минимума, и по значению измеренного электрического сигнала судят о величине проводимости чувствительного слоя полупроводникового сенсора, по которой определяют концентрацию водорода. Изобретение позволяет повысить точность и селективность определения концентрации водорода.

8Патент 2003000285(US). Method at detection of presence of hydrogen gas and measurement of content of hydrogen gas. (Метод обнаружения присутствия водорода и измерения содержания водорода.)

The present invention relates to a method at detection of presence of hydrogen gas and measurement of content of hydrogen gas. The detection is performed by means of a hydrogen gas sensitive semiconductor sensor, whose output signal is used for determination of the content of hydrogen gas in the gas sample. The semiconductor sensor is exposed to the gas sample during a detection interval, which is preceded by a time interval during which the semiconductor sensor is exposed to a surrounding gas atmosphere. The invention is characterized in that the gas atmosphere contains a negligible amount of oxygen and carbon monoxide compared to the gas sample and that the time interval is many times longer than the detection interval.

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения присутствия водорода и измерения процентного содержания водорода. Обнаружение осуществляется с помощью водородочувствительного полупроводникового датчика, выходной сигнал которого используется для определения содержания водорода в составе пробы газа. Полупроводниковый датчик подвергается воздействию пробы газа на протяжении интервала детектирования, который предшествует промежутку времени в течение которого полупроводниковых датчиков подвергается воздействию окружающей газовой среды. Изобретение отличается тем, что газовая атмосфера содержит незначительное количество кислорода и окиси углерода по сравнению с пробой газа и тем, что промежуток времени для воздействия атмосферы во много раз больше, чем интервал детектирования.

9 Патент 2319953 (RU). Способ изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора.

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению и микроэлектронике и может быть использовано при производстве полупроводниковых преобразователей и сенсоров, изготовленных по полупроводниковой микроэлектронной технологии и, предназначенных для детектирования и измерения концентрации окислительных и восстановительных газов в воздухе. Сущность изобретения: в способе изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора, включающем формирование на диэлектрической подложке путем напыления платины контактных площадок с одной стороны подложки и нагревателя в виде меандра с другой стороны, напыление пленки диоксида олова, осаждение катализатора, термический отжиг подложки на воздухе, после термического отжига подложки в воздушной атмосфере на поверхность пленки диоксида олова наносят дополнительный слой катализатора в виде наноразмерных зерен. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности газового сенсора.

10 Патент 2291417(RU). Датчик определения концентрации газов.

Датчик для определения концентрации газов, содержащий диэлектрическую подложку, газочувствительный слой, контакты, нагреватель и термодатчик, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной диэлектрической подложкой, дополнительными контактами и дополнительным газочувствительным слоем, последовательно расположенными на одной стороне дополнительной диэлектрической подложки, двумя механически соединенными газонепроницаемыми прокладками, при этом термодатчик расположен на обратной стороне дополнительной диэлектрической подложки, с противоположной стороны которой размещена газонепроницаемая прокладка, а вторая газонепроницаемая прокладка расположена над дополнительным газочувствительном слоем, при этом с другой стороны второй газонепроницаемой прокладки последовательно размещены нагреватель, диэлектрическая подложка, контакты и газочувствительный слой.

11 Патент № 2096774 (RU). Датчик для определения концентрации газов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении содержания окиси углерода в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, этанола в окружающей среде, аммиака в промышленных помещениях и других газов, выделяющихся при осуществлении технологических процессов. Сущность изобретения: датчик для определения концентрации газов состоит из подложки, пленочных нагревателях, диэлектрического слоя, газочувствительного элемента и электродов для подключения к источнику напряжения, причем нагреватель и газочувствительный элемент выполнены из одного и того же оксида металла, предпочтительной из SnO2, с легирующими добавками, при этом вся поверхность газочувствительного элемента представляет собой слой чередующихся микронеровностей с профилем, например, пилообразной формы. Толщина этого слоя соизмерима с размером зерна используемого оксида металла.

12 Патент № 7838949 (US). Porous gas sensors and method of preparation thereof. (Пористые датчики газа и методы их получения).

A sensor is disclosed. A representative sensor includes a silicon substrate having a porous silicon region. A portion of the porous silicon region has a front contact is disposed thereon. The contact resistance between the porous silicon region and the front contact is between about 10 ohms and 100 ohms.

Описывается устройство датчика. Предложенный датчик включает в себя кремниевую подложку, имеющую пористую область кремния. Часть области пористого кремния имеет расположенный на ней фронтальный контакт. Сопротивление контакта между областью пористого кремния и фронтального контакта находится в диапазоне от 10 до ​​100 Ом.

13 Патент № 7141859 (US). Porous gas sensors and method of preparation thereof. (Пористые датчики газа и методы их получения).

Devices including conductometric porous silicon gas sensors, methods of fabricating conductometric porous silicon gas sensors, methods of selecting a device, methods of detecting a concentration of a gas, and methods of analyzing data.

Изобретение относится к устройствам, в том числе, кондуктометрическим газовым сенсорам на основе пористого кремния, затрагивает методы изготовления кондуктометрических датчиков газа на основе пористого кремния, методы выбора устройства, методы определения концентрации газа, и методы анализа данных.

14 Патент № 5427740 (US). Tin oxide gas sensors. (Газовые сенсоры на основе оксида олова).

Tin oxide sensors are made by mixing antimony bearing material with tin oxide powder and formation of the sensor by deposition of a slurry of the mixture onto a substrate and drying and sintering the slurry, the antimony bearing material being present in an amount sufficient to render the sensitivity of the sensor to one or more of the gases H2, CO, or CH4, relatively independent of the concentration of oxygen in the range PO2 -1 atm. A further type of a tin oxide gas sensor is disclosed having a resistivity that at a measuring temperature increases with concentration of at least one gas to be measured, the sensor is made by calcining the tin oxide in air at a temperature in excess of 1400° C., or otherwise treating the tin oxide so that it has a state of physical aggregation consistent with being formed in such manner. At a second measuring temperature the resistivity of the sensor to said one gas decreases with increasing gas concentration. The resistivity of the sensor is dependent on the concentration of several gases, the dependence at differing measuring temperatures being such that by measuring the resistivity of the sensor at several different measuring temperatures the composition of a gas to which the sensor is exposed may be calculated. An array of such tin oxide gas sensors may be mounted on a single substrate having heater means to maintain the sensors at differing temperatures.

Датчики оксида олова производятся путем смешивания материала, содержащего сурьму с порошком оксида олова, сенсор формируется путем осаждения раствора смеси на подложку, сушки и спекания. Материал, содержащий сурьму присутствует в количестве, достаточном для формирования чувствительности датчика к одному или нескольким газам (Н2, СО, или СН4), относительно независимой от концентрации кислорода в диапазоне PO2 -1 атм. Еще один вид газового датчика на основе оксида олова базируется на зависимости удельного сопротивления при повышенной температуре от концентрации по крайней мере одного детектируемого газа. Датчик выполнен прокаливанием оксида олова на воздухе при температуре свыше 1400 ° С. Сопротивление датчика зависит от концентрации нескольких газов, следовательно, посредством измерения сопротивления при разных температурах, можно рассчитать состав газовой среды, в которую помещен датчик. Массив таких датчиков газа на основе оксида олова может быть установлен на одной подложке, имеющей нагреватель, представляя собой датчик, работающий при различных температурах.