بنـــــــــام خدا
یکی از مشکلات سنسورهای گاز، توان تلف شده در هیتر آن است. در حال حاضر تحقیقات وسیعی در زمینه کاهش این توان چه بصورت ساخت سنسورهای گاز بر روی زیرلایه های پلیمری که در دمای معمولی کار میکنند و چه بصورت تغییر در ساختمان هیتر بوسیله کوچک کردن ابعاد آن بکمک تکنولوژی هایی نظیر MEMS و ... در حال انجام است.
طرح کلی ساختار سنسورهای گاز بر اساس MEMS در شکل زیر ارائه شده است:
شکل یک: ساختار سنسور گاز بر اساس تکنولوژی فیلم ضخیم و MEMS
در این ساختار، ابتدا حفره ای در یک ویفر Si ایجاد و سپس غشای داخلی حفره توسط لایه نازکی ازSiO2/Si3N4 (اکسید سیلیکون/ نیترات سیلیکون) با تکنیک Sputtering پوشانده می شود. دلیل بکارگیری SiO2 این است که این ترکیب اکسید سیلیکون علاوه بر داشتن ضریب عایقی دی الکتریک 3.9 و ولتاژ شکست در حدود 107 ولت بر سانتیمتر، وقتی روی سیلیکون پوشانده شود، تا دمای ذوب سیلیکون، فوق العاده از لحاظ ترمودینامیکی پایدار است. همچنین Si3N4 علاوه بر واسطه داشتن ضریب عایقی 7.5 و ولتاژ شکست بیش از 100 ولت بر سانتیمتر ، سدی بسیار عالی در مقابل نم و رطوبت است که در نتیجه باعث کاهش اثر رطوبت بر ویفر سیلیکونی میشود. اما باید این نکته مهم را در نظر داشت که تماس مستقیم نیترات سیلیکون با ویفر سیلیکونی باعث ایجاد کشش و استرس سطحی در Si می شود، لذا ابتدا لایه SiO2 روی سیلیکون کشیده میشود تا از اثر استرس ناشی ازSi3N4 جلوگیری شود.
اکنون هیتر بصورت فیلم نازکی از جنس پلاتین با تکنیک رسوب گذاری – یا هر روش دیگر Thin Filmیی نظیر Evaporation و ... – روی ویفر سیلیکونی ایجاد میگردد و سپس روی این هیتر توسط ماده ی عایقی نظیر SiO2 پوشانده میشود. بعد از آن نوبت الکترودهای پلاتینی، نقره ای، یا طلایی است که دقیقاً بر روی هیتر رسوب داده میشوند. در مرحله بعدی لایه حساس به گاز – یکی از اکسیدهای قلع، تنگستن، روی و ... – که در اینجا از SnO2 استفاده شده است، روی الکترودها رسوب داده میشود.
پس از رسوب دادن لایه حساس به گاز، لایه ی عایق نازکی از جنس SiO2 روی آن رسوب داده میشود. هدف از این لایه ی عایق، گذاشتن لایه دیگری بعنوان کاتالیست است که نقش فیلتر گاز را بازی میکند. میتوان با افزودن فلزاتی نظیر پلاتین، طلا، پالادیوم، و یا نقره به SnO2 ، سنسور را به گاز هدف مورد نظر بخوبی حساس کرد. در اینصورت به لایه عایق و سپس کاتالیست دیگر نیازی نخواهد بود.
پس از رسوب دادن لایه عایق بر روی لایه نازک SnO2 ، اکنون میتوان ترکیب کاتالیست مورد نظر (در اینجا پالادیوم/اکسید آلومینیوم) را با تکنیک فیلم ضخیم روی آن چاپ کرد. شکل زیر تصویر گرفته شده توسط SEM از لایه های متفاوت این ساختار را نشان میدهد:
شکل دو : تصویر SEM گرفته شده از لایه های سنسور
سنسور گاز ساخته شده با این تکنیک در دمای کاری 450 درجه سانتیگراد دارای تلف توانی کمتری از 35 میلی وات خواهد بود. این سنسور توسط شرکت Fuji Electric Advanced Technology توسعه داده شده و بر روی وسایل اندازه گیر و آنالیزورهای گاز ساخت آن شرکت بکار گیری شده است. بخشی از اطلاعات فوق از مقاله چاپ شده توسط این شرکت در ژورنال Elsevier ، مجله سنسور و اکچویتر B، شماره 109 صفحات 185 تا 189 (سال 2005) ارائه شده است.
هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.