Способ изготовления чувствительного слоя сенсора газа

(51) 01 27/12 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Мухамедшина Дания Махмудовна Дмитриева Елена Анатольевна(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО СЛОЯ СЕНСОРА ГАЗА(57) Способ изготовления чувствительного слоя сенсора газа, использующий обработку тонких пленок диоксида олова низкотемпературной как кислородной, так и водородной плазмой тлеющего разряда относится к созданию полупроводниковых металлооксидных датчиков для контроля утечек токсичных и взрывоопасных газов. Заявляемый способ позволяет увеличить чувствительность пленки диоксида олова к малым концентрациям этанола и обеспечивает линейность зависимости чувствительности от концентрации. Способ основан на использовании свойства плазмы для уменьшения размеров кристаллитов и увеличению шероховатости пленки. 20343 Изобретение относится к области газоаналитической техники и аппаратуры, в частности к полупроводниковым металлооксидным датчикам для контроля токсичных и взрывоопасных газов. Вопросы обнаружения токсичных и горючих газов в атмосфере в настоящее время приобретают все большую актуальность. Необходимость контроля загрязнения окружающей среды,предотвращения пожаров и взрывов, возникающих в результате неконтролируемых утечек газа,настоятельно требует создания и массового выпуска разнообразной газодетектирующей аппаратуры. Как показывает анализ научно-технической литературы, одним из наиболее перспективных путей для экспрессного определения газового состава атмосферного воздуха является разработка и создание полупроводниковых датчиков резистивного типа, в которых используется способность некоторых полупроводниковых материалов изменять свою электропроводность при адсорбции газов. В серийно выпускаемых газовых датчиках преимущественно используются оксиды олова и цинка. Практика применения газовых датчиков выдвигает вопросы увеличения чувствительности приборов и повышения их селективности к различным газам, а также вопросы стабильности характеристик датчиков. Известны способы нанесения газочувствительных слоев оксида олова, такие как термическое напыление, магнетронное напыление,термическое осаждение из газовой фазы и т.д. Тонкие пленки, полученные золь-гель методом,обладают рядом преимуществ по сравнению с другими технологиями при использовании их в качестве газочувствительного слоя. Известен способ получения пленок,состоящих из малых кристаллитов диоксида олова и имеющих развитую структуру поверхности. (см.К 1 е , , , ,.-400.,,,.,.. 2//,1997, 296, .168-171.) Недостатком известного способа является проблема роста размеров кристаллитов при высокотемпературной обработке пленок, что приводит в дальнейшем к ухудшению параметров газовых сенсоров. Наиболее близким к заявляемому и взятым за прототип является способ получения высокочувствительного слоя сенсора на пары этанола из раствора предшественников в виде тетрахлорида олова, растворенного в этаноле,используемых для нанесения тонких пленок диоксида олова (см. Россия, патент 1809846). Известный способ заключается в том, что нанесенный на вращающуюся в центрифуге (3000 обмин) подложку раствор пленкообразующего вещества сушат при температуре 80 С и операцию нанесения следующего слоя повторяют ( раз). После достижения необходимой толщины пленки образцы помещают на 30 минут в печь с 2 температурой кристаллизации (кр) 300 либо 500 С,далее их медленно охлаждают. Таким образом,недостатком известного способа получения пленок оксида олова является сложность измерения малых концентраций этанола и нелинейная зависимость чувствительности от концентрации. Заявляемое изобретение устраняет недостаток известного способа, позволяя получить технический результат,состоящий в упрощении способа измерения малых концентраций этанола и устранения нелинейной зависимости чувствительности от концентрации. Предложенный способ состоит в том, что согласно способу изготовления чувствительных пленок диоксида олова, включающему операции приготовления пленкообразующего раствора из безводного тетрахлорида олова в этаноле,осаждение раствора в центрифуге на подложку,сушки при температуре 80 С инфракрасным излучением в течение 1 минуты, термической обработки при температуре 400 С в течение 15 минут, повторения указанных операцийраз до достижения толщины пленки 300 нм, проведения обработки низкотемпературной плазмой, причем обработка проводится водородной плазмой тлеющего разряда в течение 5 минут мощностью 12,5 Вт с частотой 27,2 Мгц а также кислородной плазмой тлеющего разряда в течение 5 минут мощностью 12,5 Вт с частотой 27,2 Мгц. Обработка плазмой увеличивает шероховатость пленки в несколько раз и уменьшает размеры кристаллитов, что способствует повышению чувствительности. На рисунке приведена зависимость чувствительности от концентрации этанола для пленки диоксида олова,изготовленной описываемым способом кривая 1 - чувствительность пленки после синтеза,кривая 2 - чувствительность пленки после обработки в водородной плазме тлеющего разряда. Время обработки в плазме 5 минут,кривая 3 - чувствительность пленки после обработки в кислородной плазме тлеющего разряда. Время обработки в плазме 5 минут. Как видно из представленного рисунка,обработка, как в кислородной, так и в водородной плазме увеличивает чувствительность к малым концентрациям этанола, обеспечивая повышение чувствительности в 1,5-2 раза, сохраняя линейность зависимости отклика от концентрации до 800 рр. Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что для увеличения чувствительности к малым концентрациям этанола и обеспечения линейности зависимости отклика от концентрации предлагается провести обработку пленок диоксида олова,осажденных из спиртового раствора тетрахлорида олова в плазме тлеющего разряда. Предложенный способ позволяет изготавливать пленки диоксида олова для создания сенсоров чувствительных к малым концентрациям этанола,которые могут быть использованы в медицине,сельском хозяйстве для контроля брожения. 20343 Таким образом, получен технический результат,состоящий в том, что упрощен способ измерения малых концентраций этанола и устранена нелинейная зависимость чувствительности от концентрации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления чувствительного слоя сенсора газа, включающий операции приготовления раствора безводного тетрахлорида олова в этаноле,осаждения раствора на центрифуге на подложку из поликора,сушки при температуре 80 С инфракрасным излучением, термической обработки при температуре 400 С отличающийся тем, что изготовленная пленка 2 обрабатывается низкотемпературной плазмой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка проводится водородной плазмой тлеющего разряда в течение 5 минут мощностью 12,5 Вт с частотой 27,2 Мгц. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработка проводится кислородной плазмой тлеющего разряда в течение 5 минут мощностью 12,5 Вт с частотой 27,2 Мгц.