RU2539657C1 - Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума и датчик вакуума - Google Patents
Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума и датчик вакуума Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539657C1 RU2539657C1 RU2013139971/04A RU2013139971A RU2539657C1 RU 2539657 C1 RU2539657 C1 RU 2539657C1 RU 2013139971/04 A RU2013139971/04 A RU 2013139971/04A RU 2013139971 A RU2013139971 A RU 2013139971A RU 2539657 C1 RU2539657 C1 RU 2539657C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sio
- mass fraction
- sno
- nanostructure
- vacuum sensor
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 29
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N Omeprazole sulfide Chemical compound N=1C2=CC(OC)=CC=C2NC=1SCC1=NC=C(C)C(OC)=C1C XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 30
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Sn+4] CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims 1
- YSCVYRUCAPMZFG-UHFFFAOYSA-K trichlorotin Chemical compound Cl[Sn](Cl)Cl YSCVYRUCAPMZFG-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 abstract 1
- NSNHWTBQMQIDCF-UHFFFAOYSA-N dihydrate;hydrochloride Chemical compound O.O.Cl NSNHWTBQMQIDCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- AXZWODMDQAVCJE-UHFFFAOYSA-L tin(II) chloride (anhydrous) Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Sn+2] AXZWODMDQAVCJE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 244000309464 bull Species 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- IGUXCTSQIGAGSV-UHFFFAOYSA-K indium(iii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[In+3] IGUXCTSQIGAGSV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- YJBKVPRVZAQTPY-UHFFFAOYSA-J tetrachlorostannane;dihydrate Chemical compound O.O.Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl YJBKVPRVZAQTPY-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изготовлении датчиков вакуума для измерения давления разреженного газа в вакуумных установках различного назначения. Предложен способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума, заключающийся в образовании гетероструктуры из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор, после чего ее закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников. Тонкопленочный полупроводниковый резистор формируют в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, где 40% - массовая доля диоксида кремния (SiO2), 50% - массовая доля диоксида олова (SnO2), 10% - массовая доля оксида индия (In2O3), путем нанесения золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова, на подложку из кремния с помощью центрифуги и последующим отжигом, который приготавливают в два этапа, на первом этапе смешивают тетраэтоксисилан и этиловый спирт, затем на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду, соляную кислоту (HCl) и двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O), а также дополнительно 4,5-водный нитрат индия (In(NO3)3·4,5H2O). Предложен также датчик вакуума с наноструктурой, изготовленной по предлагаемому способу. Технический результат - повышенная чувствительность датчика по сравнению с ранее известными. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении датчиков вакуума для измерения давления разреженного газа в вакуумных установках различного назначения.
Известны датчики вакуума, содержащие терморезистор, выполняющий функции чувствительного элемента, и способы их изготовления [1-3]. Известны датчики давления на основе нано- и микроэлектромеханических систем, содержащие тонкопленочный резистор, и способы их изготовления [4, 5]. Их общим недостатком является низкая чувствительность в области низкого вакуума.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой [6]. Он заключается в том, что образуют наноструктурированный чувствительный элемент - гетероструктуру из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор, после чего ее закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников. Тонкопленочный полупроводниковый резистор формируют в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)50%(SnO2)50%, путем нанесения золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова, на подложку из кремния с помощью центрифуги и последующим отжигом, который приготавливают в два этапа, на первом этапе смешивают тетраэтоксисилан и этиловый спирт, затем на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду, соляную кислоту (HCl) и двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O). Тетраэтоксисилан (ТЭОС) и этиловый спирт (95%) смешивают в соотношении 1:1,047 при комнатной температуре и выдерживают определенное время, а на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду в соотношении 1:0,323 соляную кислоту (HCl) в соотношении 1:0,05, двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O) в соотношении 1:0,399 и перемешивают определенное время, где за единицу принят объем ТЭОС. После смешивания тетраэтоксисилана и этилового спирта на первом этапе смесь выдерживают в течение 30 минут до перехода ко второму этапу, а на втором этапе после введения дистиллированной воды, соляной кислоты (HCl) и двухводного хлорида олова (SnCl2·2H2O) смесь перемешивают в течение 60 минут. Золь ортокремниевой кислоты, содержащий гидроксид олова, наносят на подложку из кремния (Si) с помощью центрифуги с использованием дозатора при скорости вращения центрифуги 3000 об/мин в течение 2 минут, а отжиг осуществляют при температуре 600°С в течение 30 минут в воздушной среде.
Датчик вакуума с наноструктурой, изготовленный по способу [6] содержит корпус, установленную в нем гетерогенную структуру из тонких пленок материалов, образованную на подложке из полупроводника, тонкопленочный полупроводниковый резистор и контактные площадки к нему, сформированные в гетерогенной структуре (наноструктурированном чувствительном элементе), выводы корпуса и контактные проводники, соединяющие контактные площадки с выводами корпуса. Полупроводниковый резистор изготовлен в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)50%(SnO2)50%, где 50% - массовая доля диоксида кремния (SiO2), 50% - массовая доля диоксида олова (SnO2).
Недостатком такого способа и датчика вакуума на его основе является относительно низкая чувствительность при измерении давлений в области низкого вакуума.
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности датчика вакуума.
Это достигается тем, что в известном способе изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума, заключающемся в том, что образуют гетероструктуру из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор в виде сетчатой наноструктуры путем нанесения золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова, на подложку из кремния с помощью центрифуги и последующим отжигом, который приготавливают в два этапа, на первом этапе смешивают тетраэтоксисилан (ТЭОС) и этиловый спирт, смесь выдерживают около 30 минут, затем на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду, соляную кислоту (HCl), двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O) и перемешивают около 60 минут, после чего его закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников, в соответствии с предлагаемым изобретением, сетчатую наноструктуру полупроводникового резистора формируют в виде (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, где 40% - массовая доля диоксида кремния (SiO2), 50% - массовая доля диоксида олова (SnO2), 10% - массовая доля оксида индия (In2O3), а на втором этапе дополнительно вводят 4,5-водный нитрат индия (In(NO3)3·4,5H2O).
В этом способе изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума на втором этапе в полученный раствор до перемешивания вводят 4,5-водный нитрат индия (In(NO3)3·4,5H2O) в соотношении 1:0,08, а двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O) в соотношении 1:0,320, при этом дистиллированную воду вводят в соотношении 1:0,323, а соляную кислоту (HCl) в соотношении 1:0,05, где за единицу принят объем ТЭОС.
При этом в датчике вакуума, изготовленному по предлагаемому способу, содержащем корпус, установленную в нем гетерогенную структуру из тонких пленок материалов, образованную на подложке из полупроводника, тонкопленочный полупроводниковый резистор в виде сетчатой наноструктуры и контактные площадки к нему, сформированные в гетерогенной структуре, выводы корпуса и контактные проводники, соединяющие контактные площадки с выводами корпуса, в соответствии с предлагаемым изобретением, сетчатая наноструктура полупроводникового резистора сформирована в виде (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, где 40% - массовая доля диоксида кремния (SiO2), 50% - массовая доля диоксида олова (SnO2), 10% - массовая доля оксида индия (In2O3).
На фиг.1 показана конструкция датчика вакуума, который изготавливается по предлагаемым способам. Датчик вакуума содержит корпус 1 (фиг.1), наноструктурированный чувствительный элемент - гетерогенную структуру 2 (из тонких пленок материалов), в которой сформирован тонкопленочный полупроводниковый резистор 3, контактные площадки 4, контактные проводники 5, выводы корпуса 6, штуцер 7, изоляторы 8, подложку 9 (из кремния), основание для крепления гетерогенной структуры 10.
Согласно предлагаемого способа золь ортокремниевой кислоты, содержащий гидроксид олова, приготавливают в два этапа для нанесения на подложку 9 из кремния (фиг.1). На первом этапе смешивают тетраэтоксисилан и этиловый спирт, смесь выдерживают в течение 30 минут до перехода ко второму этапу. Время выдержки установлено, исходя из времени протекания реакции обменного взаимодействия между тетраэтоксисиланом и этиловым спиртом, в результате которой образуется этиловый эфир ортокремневой кислоты. На втором этапе после введения дистиллированной воды, соляной кислоты (HCl), двухводного хлорида олова (SnCl2·2H2O) и 4,5-водного нитрата индия (In(NO3)3·4,5H2O) смесь перемешивают в течение 60 минут. Время процесса установлено, исходя из времени протекания реакции гидролиза эфира, в результате которой образуется ортокремневая кислота. А также, исходя из того, что за это же время на этом этапе происходит образование гидроксида олова (Sn(OH)2) и протекает реакция поликонденсации ортокремневой кислоты.
Золь ортокремниевой кислоты, содержащий гидроксид олова и гидроксид индия, наносят на подложку 9 (фиг.1) из кремния (Si) с помощью центрифуги с использованием дозатора при скорости вращения центрифуги 3000 об/мин в течение 2 минут. Использование таких режимов центрифуги позволяет достичь необходимой толщины, равномерности и сетчатой наноструктуры пленки (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10% (тонкопленочного полупроводникового резистора 3), а также частично удалить растворитель из этой пленки.
В качестве подложки из кремния (Si) могут быть использованы пластины кремния КЭФ (111) толщиной 200-300 мкм не окисленные, и окисленные промышленным способом в кислороде. Последние имеют окисный слой SiO2, толщина которого около 800 нм.
Отжиг осуществляют при температуре 600°С в течение 30 минут в воздушной среде. Использование таких параметров процесса позволяет окончательно удалить растворитель из пор на поверхности и в объеме пленки, а также осуществить реакции по разложению ортокремневой кислоты (Si(OH)4) до диоксида кремния (SiO2) и гидроксида олова (Sn(OH)2) до диоксида олова (SnO2), а также гидроксида (In(ОН)3) до оксида индия (In2O3).
Наличие окисного слоя SiO2 на поверхности подложки из Si не препятствует электрическому соединению тонкопленочного полупроводникового резистора 3 (фиг.1), выполненного в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, с полупроводниковой подложкой 9. При изготовлении контактных площадок 4 к такому резистору из Ag путем вжигания при температуре 600°С обеспечивается электрическое соединение тонкопленочного полупроводникового резистора 3 и подложки 9 в местах контактных площадок 4. То есть тонкопленочный полупроводниковый резистор 3 оказывается параллельно включенным полупроводниковому резистору, в качестве которого выступает полупроводниковая подложка 9. При этом тонкий окисный слой SiO2 является одной из пленок материалов гетерогенной структуры 2 (фиг.1).
Датчик вакуума работает следующим образом. Тонкопленочный полупроводниковый резистор 3 при помощи выводов корпуса 6 включают в мостовую измерительную цепь (мост) в качестве одного из ее плеч, с помощью подстроечного резистора (на рисунке не показан), мост балансируют (показания измерительного прибора устанавливают на нуль при начальном давлении, выбранном за точку отсчета).
При увеличении или уменьшении давления в корпусе датчика вакуума увеличивается или уменьшается (соответственно) количество молекул газа, которые участвуют в теплообмене. Если количество молекул газа уменьшается (вследствие уменьшения давления), уменьшается теплоотдача от чувствительного элемента - гетерогенной структуры 2 и тонкопленочного полупроводникового резистора 3 (сформированного в ней). Их температура нагрева увеличивается, следовательно, уменьшается сопротивление тонкопленочного полупроводникового резистора 3 (сопротивление полупроводников уменьшается с повышением температуры).
Так как тонкопленочный полупроводниковый резистор 3 включают в мостовую измерительную цепь, то с изменением давления происходит ее разбаланс, который является функцией давления.
Поскольку тонкопленочный полупроводниковый резистор 3 изготовлен по предлагаемому способу в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, на основе золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова и гидроксид индия, на подложке из кремния, то с уменьшением давления в сетчатой наноструктуре (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, происходит процесс десорбции газов, в частности кислорода, приводящий к уменьшению сопротивления тонкопленочного полупроводникового резистора 3. Дополнительное приращение к изменению сопротивления резистора повышает чувствительность в диапазоне низкого вакуума.
Сетчатая наноструктура (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, представляет собой зерна диоксида олова (SnO2) с примесью оксида индия (In2O3), заключенные в диэлектрическую матрицу диоксида кремния (SiO2), размер которых соизмерим с размерами области пространственного заряда (длинной экранирования Дебая). Наличие в такой сетке захваченных из окружающей среды атомов газа, в частности кислорода, уменьшает размер областей пространственного заряда, зоны их перекрытия и тем самым препятствует перемещению электрических зарядов по сетке. При десорбции происходит возвращение электронов в зону проводимости полупроводников, и проводимость растет (сопротивление уменьшается).
На фиг.2 представлены зависимости относительного изменения сопротивления (R/R0) полупроводникового резистора 3 от давления (Р): кривая 1 - (SiO2)50%(SnO2)50%, кривая 2 - (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%. видно, что в случае сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10% (кривая 2) относительное изменение сопротивления при том же давлении значительно больше, чем в случае сетчатой наноструктуры (SiO2)50%(SnO2)50% (кривая 1). Соответственно, чувствительность датчика вакуума с тонкопленочным полупроводниковым резистором в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10% существенно выше, чем (SiO2)50%(SnO2)50%.
На фиг.3 представлена морфология поверхности тонкопленочного полупроводникового резистора в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, полученная с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Сетчатая наноструктура (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, представляет собой зерна диоксида олова (SnO2) с примесью оксида индия (In2O3), заключенные в диэлектрическую матрицу диоксида кремния (SiO2), размер которых соизмерим с размерами области пространственного заряда (длинной экранирования Дебая). Введение каталитической добавки оксида индия (In2O3) в двухкомпонентную систему на основе диоксидов олова и кремния (SiO2-SnO2) приводит к росту концентрации наноразмерных пор и повышению степени модуляции размеров проводящих каналов из-за возрастания влияния дебаевских областей обеднения носителями заряда. Это приводит к большему изменению сопротивления тонкопленочного полупроводникового резистора при понижении давления.
Дополнительное приращение к изменению сопротивления тонкопленочного полупроводникового резистора 3 (фиг.1), повышающее чувствительность в диапазоне низкого вакуума, подтверждается результатами экспериментальных исследований сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, которые представлены на фиг.2.
Благодаря отличительным признакам изобретения повышается чувствительность.
В результате испытаний экспериментальных образцов датчиков вакуума, изготовленных в соответствии с формулой изобретения, установлено, что наноструктурированные чувствительные элементы с сетчатой нано-структурой (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10% позволяют значительно повысить чувствительность.
Предлагаемый способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента и датчика вакуума выгодно отличаются от известных и могут найти широкое применение.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. А.с. СССР №1285327, МПК G01L 21/12 Теплоэлектрический вакуумметр / Тихонов А.И., Васильев В.А., Тельпов С.Е. // Бюл. №3 от 23.01.1987 г.
2. А.с. СССР №1420407, МПК G01L 21/12 Теплоэлектрический преобразователь давления / Васильев В.А., Тельпов С.Е., Тихонов А.И., Горбачева А.В. // Бюл. №32 от 30.08.1988 г.
3. Булыга А.В. Полупроводниковые теплоэлектрические вакуумметры. (Библиотека по автоматике, выпуск 177). - М. - Л.: Изд-во Энергия, 1966. - С.115-116.
4. Патент РФ №2398195, МПК G01L 9/04, В82В 3/00 Способ изготовления нано- и микроэлектромеханической системы датчика давления и датчик давления на его основе / Белозубов Е.М., Васильев В.А., Чернов П.С. // Бюл. №24 от 27.08.2010 г.
5. Патент РФ №2430342, МПК G01L 9/00 Полупроводниковый датчик давления с частотным выходным сигналом / Васильев В.А., Громков Н.В., Москалев С.А. // Бюл. №27 от 27.09.2011 г.
6. Патент РФ №2485465, МПК G01L 21/12, В82В 3/00, B82Y 15/00 Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой и датчик вакуума на его основе / Аверин И.А., Васильев В.А., Карманов А.А., Печерская P.M., Пронин И.А. // Бюл. №17 от 20.06.2013 г.
Claims (3)
1. Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума, заключающийся в том, что образуют гетероструктуру из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор в виде сетчатой наноструктуры путем нанесения золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова, на подложку из кремния с помощью центрифуги и последующим отжигом, который приготавливают в два этапа, на первом этапе смешивают тетраэтоксисилан (ТЭОС) и этиловый спирт, смесь выдерживают около 30 минут, затем на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду, соляную кислоту (HCl), двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O) и перемешивают около 60 минут, после чего его закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников, отличающийся тем, что сетчатую наноструктуру полупроводникового резистора формируют в виде (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, где 40% - массовая доля диоксида кремния (SiO2), 50% - массовая доля диоксида олова (SnO2), 10% - массовая доля оксида индия (In2O3), а на втором этапе дополнительно вводят 4,5-водный нитрат индия (In(NO3)3·4,5H2O).
2. Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой по п.1, отличающийся тем, что на втором этапе в полученный раствор до перемешивания вводят 4,5-водный нитрат индия (In(NO3)3·4,5H2O) в соотношении 1:0,08, а двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O) в соотношении 1:0,320, при этом дистиллированную воду вводят в соотношении 1:0,323, а соляную кислоту (HCl) в соотношении 1:0,05, где за единицу принят объем ТЭОС.
3. Датчик вакуума с наноструктурой, изготовленный по пп.1 и 2, содержащий корпус, установленную в нем гетерогенную структуру из тонких пленок материалов, образованную на подложке из полупроводника, тонкопленочный полупроводниковый резистор в виде сетчатой наноструктуры и контактные площадки к нему, сформированные в гетерогенной структуре, выводы корпуса и контактные проводники, соединяющие контактные площадки с выводами корпуса, отличающийся тем, что сетчатая наноструктура полупроводникового резистора сформирована в виде (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, где 40% - массовая доля диоксида кремния (SiO2), 50% - массовая доля диоксида олова (SnO2), 10% - массовая доля оксида индия (In2O3).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139971/04A RU2539657C1 (ru) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума и датчик вакуума |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013139971/04A RU2539657C1 (ru) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума и датчик вакуума |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2539657C1 true RU2539657C1 (ru) | 2015-01-20 |
Family
ID=53288612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013139971/04A RU2539657C1 (ru) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума и датчик вакуума |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539657C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025086353A1 (zh) * | 2023-10-23 | 2025-05-01 | 厦门圣微科技有限公司 | 一种真空玻璃 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5557972A (en) * | 1994-09-13 | 1996-09-24 | Teledyne Industries, Inc. | Miniature silicon based thermal vacuum sensor and method of measuring vacuum pressures |
| RU2398195C1 (ru) * | 2009-08-26 | 2010-08-27 | Евгений Михайлович Белозубов | Способ изготовления нано- и микроэлектромеханической системы датчика давления и датчик давления на его основе |
| RU2485465C1 (ru) * | 2012-04-28 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой и датчик вакуума на его основе |
-
2013
- 2013-08-27 RU RU2013139971/04A patent/RU2539657C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5557972A (en) * | 1994-09-13 | 1996-09-24 | Teledyne Industries, Inc. | Miniature silicon based thermal vacuum sensor and method of measuring vacuum pressures |
| RU2398195C1 (ru) * | 2009-08-26 | 2010-08-27 | Евгений Михайлович Белозубов | Способ изготовления нано- и микроэлектромеханической системы датчика давления и датчик давления на его основе |
| RU2485465C1 (ru) * | 2012-04-28 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой и датчик вакуума на его основе |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025086353A1 (zh) * | 2023-10-23 | 2025-05-01 | 厦门圣微科技有限公司 | 一种真空玻璃 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Su et al. | Novel flexible resistive-type humidity sensor | |
| Buvailo et al. | TiO2/LiCl-based nanostructured thin film for humidity sensor applications | |
| KR101669301B1 (ko) | 미세다공성 유기실리케이트 재료를 갖는 유기 화학적 센서 | |
| Janica et al. | Covalently functionalized MXenes for highly sensitive humidity sensors | |
| Han et al. | Micro-bead of nano-crystalline F-doped SnO2 as a sensitive hydrogen gas sensor | |
| Qi et al. | Preparation and humidity sensing properties of Fe-doped mesoporous silica SBA-15 | |
| Liu et al. | Micromachined catalytic combustion type gas sensor for hydrogen detection | |
| JP2021073433A (ja) | 化学センサ素子、化学センサ素子の製造方法、および化学センサ | |
| CN104569052B (zh) | 一种制备氧化石墨烯传感器的方法 | |
| Zhang et al. | Wafer‐level manufacturing of MEMS H2 sensing chips based on Pd nanoparticles modified SnO2 film patterns | |
| Battisha et al. | Physical properties of nano-composite silica-phosphate thin film prepared by sol gel technique | |
| RU2485465C1 (ru) | Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой и датчик вакуума на его основе | |
| Mhamdi et al. | Study of n-WO3/p-porous silicon structures for gas-sensing applications | |
| RU2539657C1 (ru) | Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума и датчик вакуума | |
| Mu et al. | Formaldehyde graphene gas sensors modified by thermally evaporated tin oxides and tin compound films | |
| Averin et al. | Sensitive elements of vacuum sensors based on porous nanostructured SiO2-SnO2 sol-gel films | |
| Hussain et al. | Polypyrrole: synthesis, characterization and its potential application for humidity sensor | |
| RU2505885C1 (ru) | Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой заданной чувствительности и датчик вакуума на его основе | |
| RU2506659C2 (ru) | Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой повышенной чувствительности и датчик вакуума на его основе | |
| JP4883624B2 (ja) | 高感度ガスセンサ及びその製造方法 | |
| KR101655033B1 (ko) | 그래핀을 이용한 진공도 측정 센서 및 진공게이지 | |
| CN104236739A (zh) | 一种温湿度传感器 | |
| RU2555499C1 (ru) | Способ изготовления датчика вакуума с трехмерной пористой наноструктурой и датчик вакуума на его основе | |
| Pan et al. | A urea biosensor based on pH-sensitive Sm2TiO5 electrolyte–insulator–semiconductor | |
| JP3810324B2 (ja) | ガスセンサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150828 |