Чувствительные элементы интегральных датчиков водорода на основе МДП-транзисторов

• Автор: Коваленко, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 221 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. ЭЛЕМЕНТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОЧУВСТВИТБЛЬНЫХ ИНТЕГ РАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ И МИКРОСИСТЕМ .

1.1. Микроэлектронные средства измерения концентраций газов

1.1.1. Структурно функциональные схемы газоаналитических микросистем и приборов.

1.1.2. Конструктивнотехнологические решения создания измерительных устройств и систем в интеральном исполнении.

1. 1.3. Интегральные датчики и их структура

1.2. Чувствительные и актюзторные элементы интегральных датчиков концентраций газов

1.2.1 .Чувствительные элементы резисторного и резисторномкостного типа

1.2.2. Каталитические и электрохимические чувствительные элементы.

1.2.3. Массочувствитсльные чувствительные элементы

1.2.4. Чувствительные элементы на основе диодов Шотки.

1.2.5. Чувствительные элементы на основе МДПструктур.
1.2.6. Оптические и оптоволоконные чувствительные элементы
1.2.7.1 агревательные актюаторные элементы
1.3. Характеристики газочувствительных интегральных датчиков.
1.3.1. Метрологические характеристики датчиков.
1.3.2. Эксплуатационные характеристики и особенности газочувствительных интегральных датчиков.
1.3.3. Пути и проблемы создания интегральных датчиков концентрации га зов.
1.4. Выводы.
Глава 2. МДПТРАНЗИСТОРНЫЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ВОДОРОДА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
2.1. МДГ1транзистор как чувствительный элемент датчиков.
2.2. Характеристики газочувствитсльных МДПТЧЭ
2.2.1. Метрологические характеристики газочувствительных МДПТЧЭ.
2.2.2. Конструктивнотехнологические характеристики МДПТЧЭ газочувствительных интсральньх датчиков
2.3. Характеристики МДтранзисторных чувствительных элементов интсгратьных датчиков водорода серий ИДВ.
2.3.1. Интегральные датчики водорода серии ИДВ
2.3.2. Интегральные датчики водорода серии ИДВ
2.3.3. Интегральные датчики водорода серии ИДВ
2.4. Выводы .
Глава 3. МЕТОДИКА, СРЕДСТВА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК МДПТРАНЗИСТОРНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
3.1. Общая методика экспериментальных исследований характеристик ИДВ.
3.2. Измерительный комплекс для исследования характеристик ИДВ.
3.3. Результаты экспериментальных исследований характеристик ТЧЭ
3.3.1. Отклики ТЧЭ.
3.3.2. Физикоматематическая модель откликов ТЧЭ.
3.3.3. Основные метрологические и эксплуатационные характеристики
3.3.4. Оценка вклада различных факторов в полную погрешность измерения концентрации водорода датчиком на основе ТЧЭ
3.3.5. Влияние дрейфа начального значения порогового напряжения.
3.3.6. Влияние температуры кристалла.
3.3.7. Влияние электрического режима работы ТЧЭ
3.3.8. Влияние водорода на другие элементы базовой ячейки ИДВ
3.3.9. Влияние световых излучений на характеристики ТЧЭ
3.3Влияние других газов на характеристики ТЧЭ.
3.3. .Результаты долговременных испытаний ТЧЭ
3.4. Выводы.
Глава 4. АНАЛИЗ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ МДПТРАНЗИСТОРНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ
4.1. Базовые схемные конфигурации
4.2. Расчт основных характеристик схем включения ТЧЭ
4.3. Обсуждение результатов анализа характеристик схем.
4.4. Выводы.
Глава 5. МЕТОДИКИ ОПТИМАЛЬНОГО ВЫБОРА СХЕМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МДПТРАНЗИСТОРНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ.
5.1. Выбор рабочих электрических режимов для схемы 1.
5.2. Выбор рабочих электрических режимов для схем 2 5 и
5.2.1. Повышение чувствительности датчика
5.2.2. Повышение крутизны переходной характеристики латника
5.2.3. Линеаризация передаточной характеристики датчика.
5.2.4. Уменьшение порога чувствительности датчика.
5.2.5. Уменьшение погрешности влияющих величин.
5.3. Рекомендации по практическому применению ТЧЭ в интегральных датчиках и приборах
5.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Современные технологии позволяют создавать информационноизмерительные системы ИИС и измерительноуправлнюшие сиссемы ИУС на основе принципов агрегатирования интеграции устройств с применением микроэлектронной элементной базы гак называемые, микроэлектронные приборы или системы. Микроэлектронный датчик является составной частью электронных измерительноинформационных средств приборов и систем. Выбор того или иного датчика зависит от типа выбранной структурнофункциональной схемы всего прибора и системы. Рассмотрим различные варианты структур ИИС. Структурнофункциональные схемы газоаналитических микросистем и приборок. Обобщнная структурнофункциональная схема современных ИИС и ИУС прелставлена на рис. В данной схеме ИИС является частью ИУС. Микроэлектронные устройства цифровой обработки данных серийно выпускаются в виде микропроцессоров, микропроцессорных комплектов ИМС, однокристальных микрокомпьютеров различных серий ,. Если разработчик принял решение использовать в ИИС микропроцессорные средства обработки измерительной информации, то требования к выходным характеристикам устройств сбора данных УСД и датчиков определяются характеристиками схем устройств вводавывода интерфейсных ИМС выбранной микропроцессорной системы МПС. Рис. I объект измерения нили управления 2 основные датчики 3 дополнительные датчики 4 устройства нормализации и вторичного преобразования сж налов датчиков устройства сбора данных 5 каналы передачи измерительных данных 6 устройства обработки . Подавляющее большинство устройств в том числе и датчики, входящих в состав современных ИИС, может быть выполнено в виде интегральных микросхем. Однако при создании современных измерительных средств следует учитывать, что микроэлектронное исполнение прибора или системы н целом позволяет улучшить массогабаритные характеристики, снизить потребляемую мощность, повысить наджность и функциональную сложность, а применение в них микроэлектронных датчиков повышает конструктивнотехнологическую однородность этих средств. Для создания микроэлектронных измерительных средств с улучшенными характеристиками разработчики интегральных датчиков, приборов и систем в ранной степени должны владеть информацией о типовых структурнофункциональных схемах архитектурах приборов и систем, а также о типовых измерительных схемах включения первичных преобразователей. Как правило, основными критериями выбора типа МПС являются степени функциональной сложности ИИС, с разрядность, быстродействие, доступность, простота программирования и отладки, которые зависят от степени функциональной сложности ИИС. Несмотря на сложность и многообразие микропроцессорных средств, их можно отнести к изделиям высокой степени унификации и стандартизации. Однако другие составные части ИИС датчики и УСД как конструктивнозаконченные изделия пока не отличаются таким качеством. Тем не менее, можно выделить ряд типовых структурнофункциональных схем построения измерительных каналов на основе типовых микроэлектронных компонентов. Для устройств нормализации и вторичного преобразования сигналов датчиков УСД в качестве строительного материала используются следующие ИМС усилители, аналоговые коммутаторы, преобразователи напряжениечастота Г1НЧ, схемы выборкихранения СВХ, буферные схемы, преобразователи частотанапряжение ПНЧ, преобразователи сопротивления, компараторы, аналогоцифровые преобразователи АЦП, цифроаналоговые преобразователи ЦАП, счтчики, сумматоры. ИК на основе известных элементов и компонентов микроэлектронных устройств. Основные типовые структурнофункциональные схемы измерительных каналов представлены на рис. Рис. Схема одноканального измерительного средства с аналоговой обработкой выход по напряжению и и по частоте 1 объект измерения 2 датчики 3 усилители. Рис. I объем измерения 2 датчики 3 усилители 4 аналоговый мультиплексор. Выбор той или иной схемы зависит от следующих характеристик разрабатываемого прибора или системы число каналов, тип выбранных первичных преобразователей, степень однородности выходных сигналов первичных преобразователей, быстродействие, тип выбранных устройств, обработки и отображения данных.