Rozdział 2. Rezystancyjne czujniki gazów na podłożu ceramicznym

Rozdział 2. Rezystancyjne czujniki gazów na podłożu ceramicznym Przy projektowaniu sensorów istotny jest wybór materiału gazoczułego, podłoża, technika wytwarzania warstw (grubowarstwowa lub cienkowarstwowa), geometria czujnika, kształt grzejnika i elektrod, ich położenie oraz tryb pracy (zasilanie stałonapięciowe lub impulsowe). Komercyjnie dostępne rezystancyjne czujniki gazowe to głównie cylindryczne bądź płaskie podłoża podgrzewane, pokryte półprzewodzącą gazoczułą warstwą tlenków metali. W niniejszym rozdziale autor zajmie się charakterystyką czujników rezystancyjnych wykorzystujących gazoczuły dwutlenek cyny SnO 2 umieszczony na podłożu ceramicznym (własności gazoczułe SnO 2 zostały opisane w rozdziale 1). Materiały ceramiczne wykazują przewodnictwo cieplne i jednocześnie są izolatorami prądu elektrycznego. Ponadto przed wypaleniem ceramikę można odpowiednio kształtować, a po wypaleniu powstaje wytrzymały materiał. Ceramika wydaje się więc bardzo korzystna jako podłoże warstw gazoczułych. Typowym materiałem ceramicznym jest alund sztucznie otrzymywany krystaliczny tlenek glinu Al 2O 3 o wysokim przewodnictwie cieplnym (ok. 18-35 W/m K) [2.1]. Bardzo wysoka temperatura topnienia (2045 C) pozwala na pracę nawet w temperaturach do 1750 o C. Alund jest materiałem odpornym na uszkodzenia mechaniczne oraz obecność kwasów żrących. W pierwszych czujnikach ceramicznych materiał gazoczuły był umieszczany na rurkach alundowych (czujniki serii TGS 800 firmy Figaro Sensor Inc.). Z czasem zaczęto wytwarzać podłoża w postaci struktur planarnych (TGS 24xx firmy Figaro Sensor Inc.). 2.1. Czujniki serii TGS firmy Figaro Wprowadzenie do komercyjnego użytku sensorów gazu zostało wymuszone przez regulacje prawne rządów niektórych państw nakazujące monitoring wybranych gazów. Zaletą czujników serii TGS (ang. Taguchi Gas Sensor) jest prosta budowa układu pomiarowego, niski koszt oraz dobra czułość na metan, propan, butan i tlenek węgla. Dlatego też sensory TGS są wykorzystywane jako domowe detektory upływu niebezpiecznych gazów. 31

Rys. 2.1. Czujnik TGS 800 firmy Figaro Pierwszy sensor wykorzystujący warstwę SnO 2 został wytworzony w 1970 roku przez Taguchiego i znany jest pod nazwą TGS 800 (rys.2.1). Głównym powodem wyboru tego tlenku była wysoka reaktywność materiału aktywnego z gazami redukującymi przy relatywnie niskiej temperaturze działania oraz niska cena gotowego produktu. 2.1.1. Budowa czujnika TGS 800 na podłożu cylindrycznym Cechą wyróżniającą omawiane w tym podrozdziale sensory jest zastosowanie ceramicznego podłoża w kształcie cylindra. Podłoża ceramiczne zwiększają wytrzymałość mechaniczną czujników, są odporne na zmiany temperatury, mają małą wagę, stosunkowo dużą odporność na starzenie i nie korodują. Pierwszy czujnik gazu wyprodukowany przez firmę Figaro TGS 800 posiadał alundowe podłoże w kształcie cienkiej rurki dobrze przewodzącej ciepło ze spiralą grzejną usytuowaną wewnątrz rurki (rys.2.2). Sensory wykonano w technice grubowarstwowej - spiekany materiał SnO 2 został umieszczony na cylindrycznym podłożu Al 2O 3. 32

Rys. 2.2. Struktura sensora TGS 800 Na rurkę ceramiczną nadrukowane zostały elektrody Au lub Pt oraz naniesiono warstwę gazoczułą SnO 2. Badany gaz dostaje się do wewnątrz czujnika przez okienko wykonane z zabezpieczającej przed zapłonem siatki ze stali nierdzewnej mesh 100 (ilość oczek w siatce na długości 1 cala). Obudowę stanowi twardy i trudno topliwy materiał poliamidowy (rodzaj polimeru). Sensory często montowane są w podwójnych obudowach, między którymi umieszcza się materiały poprawiające selektywność na wybrane gazy: filtr z węgla aktywnego lub porowaty spiek ceramiczny. 2.1.2. Układ pomiarowy sensorów serii TGS 800 Sensory serii TGS 800 posiadają sześć wyprowadzeń dwa wyprowadzenia spirali grzejnej oraz dwie pary elektrod warstwy. Wyprowadzenia elektrod są ze sobą połączone, jak to jest pokazane w układzie na rys. 2.3a. Pomiar odpowiedzi sensora odbywa się pośrednio poprzez pomiar jego rezystancji w powietrzu i w gazie. 33

a) b) Rys. 2.3. Podstawowy układ pomiarowy dla TGS 8xx (a), charakterystyka rezystancji czujnika w obecności gazu utleniającego (b) Producent zaleca, by przed użyciem w atmosferze gazowej, sensor był przez 48 godzin utrzymywany w standardowych warunkach atmosferycznych, to jest w czystym powietrzu, w temperaturze 20 o C, przy wilgotności 65%. W obecności gazu napięcie na wyjściu układu zmienia się zgodnie ze zmianą rezystancji warstwy gazoczułej sensora R S. Zmianę rezystancji R S w obecności gazu utleniającego przedstawia rys. 2.3b. Wartość rezystancji liczona jest z dzielnika R L i R s: ' ' V C V ( RL ) VC R = = 1 S RL R ' L. (13) ' V ( RL ) V ( RL ) Ponieważ wartość rezystancji przy danym stężeniu gazu może być różna dla dwóch sensorów (różnice fabryczne), dlatego koncentrację gazu określa się na podstawie czułości na gaz podawanej przez producenta. Miarą odpowiedzi S sensora na gaz jest stosunek rezystancji warstwy w obecności gazu (R s) do rezystancji warstwy w czystym powietrzu (R o): S= R s R o (14) Wielkość tę określa się też często jako czułość sensora. Niekiedy czułość opisywana jest poprzez iloraz konduktancji. Na rys. 2.4 przedstawiona jest przykładowa charakterystyka czułości sensora serii TGS 8xx na gaz redukujący. 34

Rys. 2.4. Charakterystyka czułości sensora serii TGS 8xx Zależność rezystancji sensora od koncentracji gazu jest liniowa w skali logarytmicznej w interesującym nas zakresie koncentracji gazu (od kilkuset do kilku tysięcy ppm). Jak widać, gazy redukujące zmniejszają rezystancję. Mając daną rezystancję sensora w gazie i w czystym powietrzu, z charakterystyki odczytujemy wartość stężenia gazu. 2.1.3. Wpływ rezystancji szeregowej R L na sygnał mierzony z sensora Na charakterystykę sygnału wyjściowego ma wpływ wiele czynników - między innymi wartość rezystancji R L. Na rys.2.5 przedstawione zostały zależności napięcia wyjściowego V(R L ) od koncentracji gazu dla różnych wartości R L. Rezystancję R L należy dobrać w taki sposób, by moc wydzielona w warstwie gazoczułej wyrażona wzorem: P S R = V (15) 2 S C ' 2 ( RS + RL ) nie przekroczyła 15 mw przy zasilaniu sensora napięciem V c=24 V [2.2]. Rezystancja obciążenia R L jest wyrażona jako suma szeregowo połączonych rezystancji R L =R+R L. Potencjometr R zastosowano w celu regulacji napięcia wyjściowego V(R L ). 35

Rys. 2.5. Charakterystyki wyjściowe sensora serii TGS 8xx w zależności od doboru rezystora R L Rezystancja obciążenia R L służy nie tylko utrzymaniu poboru mocy warstwy gazoczułej sensora na poziomie 15 mw - odpowiedni dobór R L w stosunku do rezystancji sensora R S zapewnia odpowiednią dynamikę zmian sygnału z sensora i tym samym większą dokładność pomiaru. Z dzielnika otrzymujemy: ' V (R L ) 1 =. (16) V C R S + 1 ' R L Interpretacja graficzna powyższego wzoru przedstawiona jest na rys.2.6 (iloraz rezystancji wyrażony został w skali logarytmicznej). Przyjmując rezystancję obciążenia dziesięciokrotnie większą od rezystancji sensora (R S/R L =0,1) w obecności gazu redukującego napięcie na wyjściu zwiększy się, a w obecności gazu utleniającego napięcie zmniejszy się. Zarejestrowane zmiany napięcia będą jednak małe w stosunku do zmian rezystancji sensora R S. 36

Rys. 2.6. Zależność V (R L )/V C od ilorazu R S/R L [2.4] Jeśli przyjąć rezystancję obciążenia taka samą, jak wartość rezystancji sensora (R S/R L =1), to napięcie na wyjściu układu podczas pracy sensora w atmosferze gazowej zmienia się niemal identycznie jak rezystancja sensora. W punkcie, dla którego rezystancja sensora i obciążenia są sobie równe nachylenie krzywej V(R L )/V C jest maksymalne. Dla tego punktu pomiar jest najdokładniejszy. W rezultacie zaleca się użycie takiej rezystancji obciążenia R L, dla której wartość R S/R L jest równa 1. 2.1.4. Wpływ temperatury i wilgotności Jak wynika ze wzoru (2) wzrost temperatury warstwy gazoczułej wpływa na obniżenie jej rezystancji. Wzrost wilgotności rozumiany jako zwiększenie ilości cząstek pary wodnej adsorbowanych na powierzchni tlenku również powoduje spadek rezystancji sensora. Wpływ obu czynników ilustruje rys.2.7. Rys. 2.7. Wpływ temperatury i wilgotności na odpowiedź sensora TGS 800 [2.4] 37

W czujniku TGS 800 grzejnik wykonano w postaci spirali grzejnej o rezystancji 38 Ω. Pobór mocy grzejnika wynosi 650 mw. Zmiana sygnału wyjściowego sensora pod wpływem temperatury dla atmosfery gazu redukującego przedstawiona jest na rys.2.8. Rys. 2.8. Wpływ temperatury na charakterystyki wyjściowe czujnika TGS 800 Załóżmy przypadek, w którym sensor byłby skalibrowany przy 1500 ppm gazu w temperaturze 20 o C i wilgotności 65%. Wynika z tego, że punkt alarmowy zostałby ustalony przy wartości napięcia na obciążeniu 2,5 V, jak jest to przedstawione na rys.2.8. Uwzględniając w takim przypadku wahania temperatury, alarm może pojawić zarówno przy koncentracji 600 ppm jak też przy 3400 ppm. Stąd pojawia się konieczność rozbudowania układu o obwód kompensacji temperaturowej. Układ taki został przedstawiony na rys.2.9. Zasadniczym elementem przetwarzania sygnału wyjściowego w tym układzie jest komparator. Kiedy napięcie V(R L ) przekroczy wartość napięcia odniesienia V ref, to sygnał na wyjściu komparatora uruchomi urządzenia alarmujące, np. diodę LED lub brzęczek. Do kompensacji temperaturowej służy termistor element, którego rezystancja zależy od temperatury. Dla omówienia zjawiska kompensacji temperaturowej założono, że koncentracja gazu się nie zmienia interesuje nas tylko wpływ temperatury na napięcia na wejściu komparatora. 38

Rys. 2.9. Układ pomiarowy z obwodem kompensacji temperaturowej [2.4] Jak pokazano na rys.2.8, napięcie V(R L ) rośnie w miarę wzrostu temperatury. W układzie bez termistora napięcie V ref liczone z dzielnika jest stałe w całym zakresie temperatur, stąd różnica napięć na wejściu komparatora mocno zależy od temperatury (rys.2.10). Po zastosowaniu termistora zmiany napięcia V ref wywołane zmianami temperatury mieszczą się w granicach 1.9-3,1 V. Widać więc, że w układzie z kompensacją temperatury różnica napięć na wejściu komparatora jest o wiele mniej zależna od temperatury. Rys. 2.10. Wpływ kompensacji temperaturowej na sygnały wejściowe V(R L ) i V ref komparatora Podsumowując, na podstawie pomiaru rezystancji sensora można określić koncentrację gazu. Dla uzyskania największej dynamiki zmian sygnału wyjściowego sensora rezystancja obciążenia R L powinna być w przybliżeniu równa mierzonej rezystancji sensora. Regulacja rezystancji obciążenia pomaga w ustawieniu optymalnego 39

poboru mocy warstwy gazoczułej P S. Należy również uniezależnić czynniki pomiaru od zmian temperatury otoczenia (obwód kompensujący). 2.2. Sensory na miniaturowych podłożach ceramicznych Miniaturyzacja była kolejnym krokiem w rozwoju sensorów na podłożu ceramicznym. Firma Figaro stworzyła kilka rodzajów czujników bazujących na tej samej zasadzie działania (zmiana rezystancji pod wpływem atmosfery gazowej obserwowana na dzielniku napięcia), lecz różniących się strukturą, konfiguracją grzejnika i warstwy gazoczułej oraz sposobem zasilania grzejnika. 2.2.1. Tryby pracy grzejnika Grzejnik sensora jest najczęściej zasilany na dwa sposoby. Pierwsze rozwiązanie (rys.2.11a) jest typowe podłoże czujnika znajduje się w stałej temperaturze. W takim wypadku, kiedy temperatura jest na odpowiednio wysokim (>300 o C), stałym poziomie trudno uzyskać dużą selektywność i czułość na CO (rys.2.12). Kiedy z kolei czujnik działa w niższych temperaturach (<200 o C) czułość na CO wzrasta, jednakże szybkość odpowiedzi staje się wolniejsza, a odtworzenie sygnału (odświeżenie czujnika) trudniejsze. a) b) Rys. 2.11. Przebiegi czasowe grzejnika i wyjścia sensora: a) tryb ze stałą temperaturą; b) impulsowe podgrzewanie czujnika z charakterystycznym dryfem linii bazowej [2.5] Alternatywnym rozwiązaniem jest zasilanie sensora sygnałem okresowym, np. impulsowe (rys. 2.11b). Temperatura czujnika jest przełączana między dwoma stanami niskim, w którym następuje detekcja gazu i wysokim, w którym występuje odświeżanie powierzchni czujnika. Odświeżanie czujnika stosuje się w celu odtworzenia sygnału sprzed 40

adsorpcji gazu i należy je rozumieć jako usunięcie zaadsorbowanych cząstek gazu z powierzchni warstwy gazoczułej. Zaletą tego rozwiązania jest znacząco mniejszy pobór mocy (nawet do kilkunastu mw) oraz poprawa selektywności czujnika. Niestety wadą impulsowo podgrzewanych czujników jest dryf odpowiedzi sensora, który może być jednak minimalizowany przez krótsze cykle odświeżania. Jak widać na rys.2.12 najkorzystniejsze dla detekcji gazu CO wydają się być temperatury niskie. Rezystancja jest mała, więc sygnał napięciowy na wyjściu będzie duży. Rys. 2.12. Charakterystyki rezystancyjne dla różnych rodzajów gazów w funkcji temperatury [2.5] 2.2.2. Czujnik TGS 2442 zasilany impulsowo Przykładem rozwiązania czujnika z zasilaniem impulsowym jest TGS 2442 firmy Figaro, służący do detekcji CO i kontroli jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń. Materiałem gazoczułym jest SnO 2. Czujnik ten wyróżnia większa odporność na wilgotność i pary alkoholi. Pobór mocy grzejnika to średnio 14 mw, podczas gdy TGS 800 pracujący przy stałym napięciu zasilania zużywał 650 mw. Pojawia się więc możliwość zasilania bateryjnego i wykorzystanie takiego sensora w urządzeniach przenośnych. TGS 2442 jest przykładem czujnika zbudowanego na płaskim podłożu ceramicznym (rys.2.13). 41

Rys. 2.13. Widok wnętrza czujnika TGS 2442 zbudowanego na na płaskim podłożu ceramicznym Grzejnik i warstwa gazoczuła znajdują się po tej samej stronie (rys. 2.14b), dzięki czemu montaż staje się łatwiejszy. Konieczne jest jednak stosowanie warstw izolujących. Średnica czujnika TGS 2442 z obudową wynosi 8 mm (w przypadku TGS 800 wynosiła około 17 mm), możemy więc mówić o znacznej miniaturyzacji [2.6]. Układ pomiarowy przedstawiony na rys. 2.14a posiada komplementarną parę tranzystorów sterowanych impulsami. Rys. 2.14. Czujnik firmy Figaro TGS2442: a) układ pomiarowy, b) struktura, c) przebiegi czasowe sygnałów sterujących: grzejnika V H, czujnika V S (=5V) 42

Impuls grzejny (14 ms) umożliwia powrót czujnika do stanu równowagi z atmosferą. Pod koniec cyklu, kiedy temperatura wystarczająco się obniży, podawany jest impuls odczytowy (5 ms) (rys. 2.14c). Rezystancja wyznaczana jest z dzielnika wg wzoru (13). 2.2.3. Czujnik minikroplowy FIS SB-50 Kolejnym rozwiązaniem z zasilaniem impulsowym jest miniaturowy czujnik SB-50 firmy FIS (rys.2.15). Sensor wyposażony jest w wytrzymałą mechanicznie konstrukcję odporną na szok termiczny. a) b) Rys. 2.15. Struktura czujnika FIS SB-50 (a); element aktywny (b) Aktywna część sensora ma kształt kropli o wymiarach poniżej 1 mm, w której umieszczona jest spirala grzejna oraz doprowadzenia. Układ pomiarowy (rys.2.16) jest podobny do układu stosowanego dla czujników Figaro. Rys. 2.16. Układ pomiarowy czujnika FIS SB-50 Zmiany rezystancji sensora rejestrowane są za pomocą zmian napięcia V RL na rezystancji obciążenia (>200Ω) [2.7]. Kompensacja temperatury odbywa się w układzie przedstawionym w punkcie 2.2.3. Przykładowe przebiegi przedstawione zostały na 43

rys.2.17. Po włączeniu na kilka sekund zasilania grzejnika (0,9 V) element gazoczuły doprowadzony zostaje do temperatury 400 o C, następnie materiał gazoczuły jest schładzany (15-sekundowy stan niski zasilania 0,2 V) poniżej 100 o C i w tej temperaturze następuje detekcja CO. Rys. 2.17. Sygnał grzejnika (a) oraz wyjściowy sygnał (b) sensora FIS SB-50 2.3. Czujniki oparte na technologii LTCC Na uwagę zasługuje również wspomniana wcześniej technologia LTCC (ang. Low Temperature Cofired Ceramics), czyli technologia niskotemperaturowej (850 o C) współwypalanej ceramiki stosowana w technice sensorowej w celu wytworzenia podłoży ceramicznych, w których umieszczane są elektrody, grzejniki i elementy kontaktowe. Głównymi zaletami technologii LTCC jest prostota wykonywania podłoża ceramicznego (jeden etap wypalania), uzyskanie stosunkowo mało rozwiniętych powierzchni i możliwość produkcji na masową skalę. Dodatkowo wysoka hermetyczność materiałów LTCC powoduje niezawodność i długotrwałe działanie czujników wykonanych w tej technologii. 2.3.1. Wytwarzanie Folia stosowana w technologii LTCC jest kompozytem składającym się ze szkła, ceramiki i nośnika organicznego. Etapy wytwarzania podłoży ceramicznych przedstawiono na rys. 2.18. 44

Rys. 2.18. Etapy wytwarzania podłoży ceramicznych metodą LTCC [2.10] Folie ceramiczne są przed wypaleniem miękkie, łatwe do kształtowania, przez co możliwe staje się formowanie różnorodnych struktur. Uformowana surowa ceramika nazywana też green tape (przed wypiekaniem posiada zielone zabarwienie) po wypaleniu i spieczeniu staje się wytrzymała i sztywna. Każda warstwa jeszcze przed spiekaniem zostaje odpowiednio przygotowana: na poszczególnych foliach ceramicznych nanosi się techniką sitodruku ścieżki kontaktowe, wykonuje otwory przelotowe, wnęki, kanały i wewnętrzne elementy elektryczne (kondensatory, rezystory, kontakty). Tak przygotowane warstwy mogą być następnie ułożone w stos i spiekane pod ciśnieniem tworząc trójwymiarową strukturę. Ilość warstw może dochodzić nawet do 80. Do połączeń wewnętrznych, elektrod i wypełnień przelotek używane są takie metale jak Au, Ag lub Cu. Ponieważ ceramika LTCC ma niskie przewodnictwo cieplne (3 W/mK), z wymienionych metali (przewodność cieplna Cu 401 W/mK) tworzone mogą być specjalne kanały termiczne ( heat pipe ) w celu odprowadzenia ciepła z układu [2.8]. Po etapie laminacji następuje proces współwypalania. W pierwszej części tego procesu (ang. burnout) (rys.2.19) odparowaniu ulegają rozpuszczalniki i składniki organiczne, które mogłyby wpłynąć na zmiany własności ścieżek przewodzących. Drugi etap (ang. firing) pozwala na zagęszczenie materiału folii. 45

Rys. 2.19. Etapy wypalania folii LTCC [2.11] Szczytowa temperatura dla większości typów ceramiki leży w zakresie 850-875 C, czas wypalania to najczęściej 10-15 min. Przy dużej ilości warstw należy ten czas wydłużyć. Podczas wypalania/spiekania ceramiki na skutek ubytku materiału i jego końcowego zagęszczenia dochodzi do znacznej redukcji objętości i zmniejszenia wymiarów planarnych. 2.3.2. Ceramiczne czujniki gazów wytwarzane w Katedrze Elektroniki AGH W Katedrze Elektroniki AGH zespół badawczy prof. Pisarkiewicza we współpracy z prof. Thustem (Technische Uniwersität Ilmenau, Niemcy) prowadził prace związane z ulepszaniem czujników gazowych na podłożach ceramicznych LTCC. Celem tych prac było uzyskanie struktury o jak najmniejszej pojemności cieplnej, przez co możliwe jest zmniejszenie poboru mocy. Jednym z pierwszych etapów optymalizacji była konstrukcja zaproponowana w pracy dyplomowej M. Boronia [2.11]. Rozwiązanie to jest przedstawione na rys.2.20. 46

Rys. 2.20. a) b) Warstwy czujnika wykonanego w technice LTCC (I wersja czujnika) (a); Widok warstwy z grzejnikiem (b) Struktura składa się z 3 warstw o grubości 0,2 mm. Ze względu na stosowanie cienkowarstwowego materiału gazoczułego na warstwie pierwszej należało doprowadzić do tego, by powierzchnia tej warstwy miała odpowiednio niską chropowatość. Rozbudowany kształt platynowego grzejnika na warstwie drugiej podyktowany był uzyskaniem jednorodnej temperatury warstwy. Połączenia międzywarstwowe (przelotki) wypełnione zostały pastą Ag. Gotowe podłoże sensorowe ma średnicę 6 mm. Kolejna wersja sensora przedstawiona jest na rys. 2.21. Na wierzchnią warstwę naniesiono elektrody międzypalczaste ze złota, zbierające sygnał z warstwy gazoczułej. Liczba połączeń za pomocą przelotek została zmniejszona w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej w trakcie procesów wytwarzania. Po naniesieniu warstwy gazoczułej czujnik jest montowany platynowymi drucikami do obudowy TO-5 (rys. 2.21b) i w takiej formie poddawany badaniom. 47

a) b) Rys. 2.21. Zoptymalizowany czujnik wykonany w technice LTCC: a) warstwy czujnika, b) mikrosensor w obudowie TO-5 Na podłoże przygotowane w technice LTCC mogą być nanoszone zarówno cienkie [2.12], jak i grube warstwy gazoczułe [2.13]. W przypadku warstw grubych chropowatość warstwy z elektrodami nie ma znaczenia z uwagi na porowatą strukturę samej warstwy gazoczułej. W przypadku warstw gazoczułych nanoszonych techniką cienkowarstwową chropowatość jest bardzo istotnym parametrem jakości podłoża, ponieważ ostre zbocza mogą powodować nieciągłość warstwy gazoczułej. Gładkość powierzchni ceramiki LTCC jest zaburzona przez powstałe w wyniku odparowania związków organicznych mikropory. Wciąż poszukuje się skutecznych metod uzyskania gładkich powierzchni. W Katedrze Elektroniki AGH badano wpływ nieszlifowanych podłoży ceramicznych na czułość na drodze eksperymentalnej. Uzyskano chropowatość warstwy pierwszej na poziomie mniejszym niż 0,2 µm. Porównanie sensorów wykonanych na podłożu ceramicznym (LTCC) oraz na podłożu szklanym (Corning 7059) przedstawiono na rys.2.22. Charakterystyki różnią się w niewielkim stopniu, co świadczy o małej chropowatości badanej warstwy podłożowej. 48

a) b) Rys. 2.22. a) Czułość rozumiana jako (R powietrza-r gazu)/r gazu w funkcji koncentracji H 2 przy temperaturze 375 o C dla podłoży ze szkła i ceramiki LTCC; b) Wykres zmieniającej się rezystancji w czasie wraz ze zmianą koncentracji wodoru dla pomiaru w temperaturze 300ºC Pojawiły się próby [2.14] połączenia techniki LTCC i mikromechaniki (membrany podwieszane), jednakże duży pobór mocy tych struktur sprawił, że nie są one jeszcze konkurencyjne w stosunku do innych rozwiązań ceramicznych. Mikromechaniczne struktury sensorowe zostaną omówione w rozdziale 3. Źródła: [2.1] http://www.accuratus.com/alumox.html. [2.2] Figaro Engineering, Inc. http://www.figarosensor.com/. [2.3] A. D. Barrientos, Stuctural analysis for the improvement of SnO 2-based gas sensor Universitat de Barcelona, Departament d Electronica, Barcelona 1999, Chapter 1, p.16-36. [2.4] Technical Information on Usage of TGS Sensors for Toxic and Explosive Gas Leak Detectors http://www.figarosensor.com/products/common%281104%29.pdf. [2.5] Mini bead type Tin dioxide (SnO2) CO sensor, FIS SB-50, May, 1996 Summary for ASTM D22.05 Workshop on performance of sensor for CO detectors/15 April, 1996 http://www.fisinc.co.jp/pdf/tp01_sb50astm.pdf. [2.6] TGS 2442 - for the detection of Carbon Monoxide, FIGARO product information http://www.figarosensor.com/products/2442pdf.pdf. [2.7] http://www.fisinc.co.jp/enew051111/products/spece/esb50012.pdf. 49

[2.8] L.Golonka, Zastosowanie ceramiki LTCC w mikroelektronice, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2001, http://www.dbc.wroc.pl/content/1150/golonka_zast.pdf. [2.9] Gongora-Rubio, P. Espinoza-Vallejos, L. Sola-Laguna, J.J. Santiago-Aviles, Overview of low temperature co-fired ceramics tape technology for meso-system technology (MsST), Sensors and Actuators A 89 (2001) 222-241 http://www.lsi.usp.br/~gongora/papers/sensors&actuators2001.pdf. [2.10] http://www.ansoft.com/partnersindesign/16.pdf. [2.11] M. Boroń, Cienkowarstwowy czujnik gazu na podłożu wykonanym technologią LTCC, Praca dyplomowa, Katedra elektroniki AGH, Kraków 1999. [2.12] IMAPS-Europe Prague 2000, June 18-20, p399, T.Pisarkiewicz, A.Sutor, W. Maziarz, H. Thust, T.Theleman. [2.13] Sens. actuators B 47 (1998) 100, H.Teterycz, J.Kita, R.Bauer, L.J.Golonka, B.W.Licznerski, K.Nitsch, K.Wiśniewski. [2.14] F. Rettig, R. Moss, Proc. Eurosensors XVII, Guimares, Portugal 2003, p.89-92. 50