Метало-оксидні сенсори

Спираються на добре відому властивість оксидів

металів при підвищеній температурі змінювати

свій поверхневий потенціал, і, відповідно, свою

провідність в присутності різних газів, таких як

етиловий спирт, метан та інші гази, іноді

вибірково, іноді ні.

Оксиди металів, які можуть використовуватися -

це оксиди олова (SnO2), цинку (ZnO), заліза (Fe2O2), цирконію (ZrO2), титану (TiO2) і вольфраму (WO3).

Ці напівпровідникові матеріали можуть бути або p або n типу (з перевагою n-типу).

Метало-оксидні сенсори

Виготовлення є відносно простим

Можуть бути на основі кремнію або інших технологій тонких або товстих плівок.

Основний принцип полягає в тому, що коли

оксид знаходиться під підвищеною

температурою, навколишні гази реагують з киснем в оксиді, викликаючи зміни опору

матеріалу.

Основними компонентами є висока

температура, оксид і реакція з оксидом

Метало-оксидні сенсори

Типовий сенсор: датчик СО показаний на малюнку

8.1a.

Метало-оксидні сенсори

Конструкція:

Шар кремнію вперше створюється як тимчасовий

для підтримки структури .

Над ним термічно нарощується шар SiO2.

Цей шар може витримувати високі температури.

На нього напилений шар золота, витравилений в

формі довгого звивистого проводу.

Провід служить як нагрівальний елемент при

проходженні в ньому досить високої напруги.

Другий шар SiO2 може осідати.

Метало-оксидні сенсори

Тоді оксид SnO2 розпорошується на поверхні з заглибиною на вершині канавки, для збільшення

своєї активної поверхні .

Початковий матеріал - кремній травиться для

зменшення теплової ємності датчика.

Чутлива(вимірювана) область може бути досить малою – 1-1.5 mm2.

Пристрій нагрівається до 300 C при роботі, але,

оскільки розмір дуже малий і теплоємність також

невелика, то потужність, необхідна для його

нагрівання є невеликою і становить близько 100 мВт.

Метало-оксидні сенсори - операції

Провідність оксидів може бути записана як :

= 0 + kPm

0 є провідністю оксиду олова при 300 C, без СО

P концентрація газу СО в промілле (частин на мільйон) k коефіцієнт чутливості (визначається експериментально для різних оксидів)

m експериментальне значення ­ близько 0,5 для оксиду олова .

Метало-оксидні сенсори - операції

Провідність зростає із збільшенням концентрації,

як показано на рисунку 8.1b .

Опір є оберненопропорційний до провідності і

може бути записаний:

R = aP

a ­ стала визначена певним матеріалом і його структурою іекспериментальна величина для газу.

P ­ концентрація.

Реакція метало-оксидних сенсорів

Метало-оксидні сенсори - операції

Реакція буде експоненціальною (лінійною

за логарифмічною шкалою)

Передаточна функція типу, показаного на малюнку 8.1b повинна бути визначена для

кожного газу, і для кожного типу оксиду.

Сенсори на базі SiO2 як і ZnO сенсори

можна використовувати для визначення

CO2, толуолу, бензолу, ефіру, етилового

спирту і пропану з прекрасною чутливістю

(1-50 ppm).