乙醇、二氧化氮双敏薄膜气体传感器.pdf

摘要
申请专利号：	CN89106243.2	申请日：	1989.07.29
公开号：	CN1041453A	公开日：	1990.04.18
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	授权\|\|\|审定\|\|\|公开\|\|\|
IPC分类号：	G01N27/04	主分类号：	G01N27/04
申请人：	吉林大学
发明人：	戴国瑞; 陈百华; 李桂荣
地址：	吉林省长春市解放大路83号
优先权：
专利代理机构：	吉林大学专利事务所	代理人：	刘喜生
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内容摘要

本发明是检测乙醇和二氧化氮双敏薄膜气体传感器。主要应用在汽车电子化、环境污染和气体分析等领域。采用等离子体增强化学气相淀积技术，制备Fe2O3TiO2-SnO2复合薄膜敏感材料，其元件结构为旁热式，气体最低检出浓度为5ppm以下。它具有灵敏度高、响应快、恢复时间短和易进行大批量生产等特点。

权利要求书

1：本发明是一种乙醇(C 2 H 5 OH)、二氧化氮(NO 2 )双敏薄膜气体传感器，其特征在于采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术，制备三氧化二铁、二氧化钛和二氧化锡(Fe 2 O 3 -TiO 2 -SnO 2 )复合薄膜敏感材料，以制成各种形状、结构的C 2 H 5 OH-NO 2 薄膜气体传感器。
2：如权利1所述，其特征在于使用四氯化锡、四氯化钛和五羰基铁为源，在氧等离子体中，200℃下，Fe 2 O 3 -TiO 2 -SnO 2 复合薄膜淀积在玻璃、陶瓷和生长有二氧化硅的硅片上，第一层为Fe 2 O 3 ，厚度为0.05～0.1μm，第二层为TiO 2 ，厚度为0.04～0.08μm，第三层为SnO 2 ，厚度为0.08～0.15μm。
3：如权利1、2所述，其特征在于检测气体浓度为300PPm时，C 2 H 5 OH-NO 2 薄膜气体传感器的灵敏度为5～70，响应时间小于3秒，恢复时间小于8秒，对NO 2 和C 2 H 5 OH气体的最低检出浓度为5PPm以下。
4：如权利1、2、3所述，传感器的工作条件：加热电压V H 为2.5～6V，工作温度为150～250℃，信号电压源Vs为6～10V，负载电阻R L 为2KΩ。
5：如权利1、2、3、4所述，其特征在于C 2 H 5 OH-NO 2 双敏薄膜气体传感器，能在相同测试条件下，分别检测乙醇和二氧化氮气体，不受丁烷、液化气、城市煤气、汽油、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气和二氧化硫等气体干扰。同时，当存在NO 2 和C 2 H 5 OH混合气体时，能通过调节加热电压进行测量。

说明书

本发明属于检测乙醇（C2H5OH）和二氧化氮（NO2）气体的双敏薄膜气体传感器。
    随着现代工业的发展和信息科学的进步，作为摄取信息的功能部件-传感器，在国内外，受到普遍的重视。传感技术的发展将会引起一场新的工业革命，气体传感器是一个重要的分支，它广泛地应用于国防建设、工业生产、交通控制、灾害报警、医疗监护、人工智化、生命与宇宙科学领域。

    目前，实用化的乙醇气体传感器，主要是以SnO2、ZnO和Fe2O3为基体和贵重金属材料，在高温下灼烧合成，通常称为烧结型气敏元件，其元件的参数离散性大，生产重复性和选择性不好，生产工艺落后等。传感器的发展趋势是薄膜型、多功能和集成化。二氧化氮传感器正处于研究阶段，人们主要利用有机化合物钛菁、吡咯、单分子膜（LB膜）和氧化物半导体SnO2等材料，研究对NO2的敏感特性，最近，有人用四氰基对苯醌二甲烷络合铜（Cu-TCNQ）的有机薄膜材料研制了NO2气体传感器，本人使用多层结构无机功能薄膜材料研制NO2气体传感器。

    本发明在上述研究的基础上，经过长期反复实验发现，采用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）技术，将四氯化锡、四氯化钛和五羰基铁等反应气体，通入含氧等离子体的反应室中，在200℃下。制备了三氧化二铁-二氧化钛-二氧化锡（Fe2O3-TiO2-SnO2）多层结构薄膜材料，淀积在玻璃、陶瓷和生长二氧化硅的硅片等绝缘材料上，第一层为Fe2O3，厚度为0.05～0.1μm，第二层为TiO2，厚度为0.04～0.08μm，第三层为SnO2，厚度为0.08～0.15μm，用涂覆金浆等方法制成信号电极引线，然后将电极引线焊接在管座上，压帽便制成了各种形状、结构薄膜气体传感器，其传感器在150～250℃下工作，元件的管芯结构和测试线路，如图1、2所示。C2H5OH-NO2薄膜气体传感器的工作条件：加热电压VH为2.5～6V，信号电压源VS为6～10V，负载电阻RL为2KΩ。在常规测试条件下，定义检测乙醇的灵敏度为S＝Vg1/V0，检测二氧化氮气体的灵敏度-S＝V0/Vg2，公式中V0表示在空气中测量负载电阻上的电压值，Vg1表示在乙醇气体中负载电阻上的电压值Vg2表示在二氧化氮气体中负载电阻上的电压值，典型的检测气体灵敏度S和加热电压VH地关系曲线，如图3所示。当检测气体浓度为300PPm时，灵敏度为5～70，响应时间小于3秒，恢复时间小于8秒，对NO2和C2H5OH气体的最低检出浓度为5PPm以下。

    本发明双敏薄膜气体传感器的突出特点是：在相同测试条件下，既可以检测乙醇气体，又可以检测二氧化氮气体，不受丁烷、液化气、城市煤气、汽油、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气和二氧化硫等气体干扰。既使是C2H5OH-NO2的混和气体，也能通过调节薄膜气体传感器的工作温度（加热电压VH）进行检测。它具有检测速度快、灵敏度高、选择性好和易进行大批量生产等特点。

    【附图说明】

    图1    管芯结构剖面图

    1、Pt引线    2、Au电极

    3、绝缘衬底    4、加热丝

    5、Fe2O36、TiO27：SnO2

    图2    测量电路图

    1、传感器 2、数字电压表VX

    图3 检测灵敏度S与加热电压VH关系图

    1、乙醇    2、汽油

    3、丁烷    4、二氧化氮