47. Датчики состава среды и материалов на поверхностных акустических волнах (пав)

Микроэлектронные приборы – элементы на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), находят все большее применение в науке и технике в качестве датчиков (сенсоров) физических и химических параметров газовых сред. Это связано с высокой чувствительностью скорости, амплитуды и фазы ПАВ к воздействию любых внешних физических или химических факторов: температуры, давления, изменению химического состава среды. Необходимо особо отметить возможности создания беспроводных дистанционных аналитических систем на основе ПАВ-сенсоров.В разработках ПАВ-датчиков принципиально используются две конструкции: линия задержки (ЛЗ) и открытый резонатор, а в качестве пьезоматериалов – ниобат лития, танталат лития и монокристаллический кварц. Наиболее распространен кварц. Датчик на ПАВ в конструкции линии задержки представляет собой пластинку монокристаллического кварца с двумя микропреобразователями, представляющими собой микродифракционные ультразвуковые решетки, выполненные методом фотолитографии, называемые встречно-штырьевыми преобразователями (ВШП).В ПАВ-датчиках газового анализа наибольшее распространение имеет один из типов ПАВ, а именно волна Рэлея, имеющая эллиптический тензор поляризации, в котором, тем не менее, превалирует вертикальная составляющая поляризации амплитуды.Для разработок датчиков на ПАВ применяются две технологии: без чувствительного покрытия и с чувствительным покрытием, которое находится в зоне распространения ПАВ между ВШП. В качестве материалов чувствительных покрытий датчиков на ПАВ используются тонкие пленки диэлектриков, включая окислы металлов. Наиболее распространены в качестве материалов чувствительных покрытий тонкие пленки полимеров.Для получения аналитического сигнала в ПАВ датчиках применяются две схемы: одинарная ЛЗ и двойная ЛЗ с выделением дифференциальной ПАВ-частоты.На сегодняшний день известны ПАВ-датчики, разработанные для контроля большинства неорганических и органических газов и паров в атмосферном воздухе и технологических газовых средах. Широкое распространение получили мультисенсорные газоанализаторы типа «Электронный нос» с матрицей датчиков на ПАВ. Большой сегмент ПАВ-датчиков направлен на решение медико-биологических задач, в которых используются ПАВ с горизонтальной поляризацией. 48 Ионоселективные полевые транзисторы.

Основная часть ионоселективного полевого транзистора – это полупроводник р-типа, в котором есть два участка, которые представляют собой полупроводники n-типа, называемые, соответственно, истоком и стоком. На поверхность полупроводника наносится металлооксидный изолятор, на который затем вместо металла затвора полевого транзистора наносят ионоселективную мембрану. Сила тока, проходящего между истоком и стоком, определяется входным напряжением.

Исследуемый раствор с погруженным в него электродом сравнения контактирует с ионоселективной мембраной, что приводит к возникновению на поверхности мембраны потенциала, который является входным потенциалом, контролирующим силу тока между стоком и истоком. Сила тока зависит от мембранного потенциала, который, таким образом, зависит от активности определяемых ионов в исследуемом растворе. Такие устройства чрезвычайно малы (< 1 мм²) и широко используются  для определения разнообразных веществ.

Использование: полупроводниковые датчики для определения различных химических веществ в растворах потенциометрическими методами анализа в медицине, биологии, сельском хозяйстве, а также в системах контроля окружающей среды.