|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Prekoncentrator gazu w technologii LTCC
|
|
WOJCIECH MAZIARZ  Artur RYDOSZ TADEUSZ PISARKIEWICZ
Powszechnie stosowane w przemyśle półprzewodnikowe
czujniki gazów są tanie, małe i cechują się wysoką czułością
na badane gazy. Niestety najczęściej umożliwiają one
pomiary koncentracji gazów na poziomie od kilkudziesięciu
ppm. Sukcesywnie rośnie grupa zastosowań czujników,
w których pożądana jest detekcja ekstremalnie niskich stężeń
gazów na poziomie ppb, jak np. diagnozowanie chorób
na podstawie analizy wybranych biomarkerów zawartych
w powietrzu wydychanym przez człowieka. Przykładowo,
zwiększony poziom acetonu może wskazywać na cukrzycę
pacjenta (stężenia ok. 20…50 ppb), a już niewielka ilość
związków siarki (H2S, SO2) czy merkaptanu metylu, może
powodować nieświeży oddech [1]. Obecność w oddechu
związków VOCs może świadczyć o obecności Helicobacter
pylori, której obecność zwiększa ryzyko chorób układu
pokarmowego (wrzody przełyku, dwunastnicy, żołądka) [2].
Według dyrektywy Unii Europejskiej [3], dzienny limit ekspozycji
na rakotwórczy benzen wynosi 1 ppm, a od roku 2010
zostaje on zmniejszony do 1,6 ppb, konieczne więc staje się
np. monitorowanie śladowych ilości szkodliwych węglowodorów
w napojach gazowanych CO2 itp. [4, 5] (inne limity:
toluen 70 ppb, ksylen 200 ppb).
Jednym ze sposobów pomiaru tak niskich stężeń gazów
jest wykorzystanie metody wstępnego zwiększania koncentracji
gazu (zagęszczania) w materiale adsorbującym gaz,
a następnie szybkie uwolnienie zgromadzonego gazu i jego
detekcja za pomocą tradycyjnych czujników półprzewodnikowych.
Metoda ta pozwala na zwiększenie czułości na gaz
zazwyczaj kilkaset razy oraz identyfikację składników, np.
za pomocą chromatografu gazowego. Tradycyjnie stosowane
prekoncentratory są zbudowane najczęściej z rurki stalowej
napełnionej adsorbentem, na której nawinięte są zwoje
grzejnika [1, 5-7]. Ze względu na stosunkowo dużą objętość
takiego układu oraz znaczną moc potrzebną do ogrzania
prekoncentratora podczas fazy desorpcji gazu, zastosowania
takiego rozwiązania są [...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/6
|
|
|
» Mikrosystemy z prekoncentracją w detekcji bardzo niskich stężeń gazów
|
|
TADEUSZ PISARKIEWICZ WOJCIECH MAZIARZ ARTUR RYDOSZ
W wielu przypadkach istnieje konieczność detekcji gazów
w zakresie bardzo małych koncentracji, rzędu ppb (part per
billion). Wymagania takie związane są przykładowo z badaniami
jakości powietrza [1,2], bezpieczeństwem (wykrywanie
materiałów wybuchowych i skażeń) [3], czy monitoringiem
zdrowia pacjenta [4-6]. Postęp w technologii sensorów półprzewodnikowych
w wyniku wprowadzenia nanomateriałów
wpłynął częściowo na poprawę ich czułości ale w stopniu niewystarczającym
do bezpośrednich zastosowań w obszarze
sub-ppm [7]. Komercyjnie dostępne detektory optyczne z zakresu
bliskiej podczerwieni, tzw. detektory NDIR (Non Dispersive
Infra Red) osiągają czułości porównywalne z detektorami
półprzewodnikowymi [8,9]. Wymagane czułości w obszarze
ppb można uzyskać posługując się rozbudowanymi układami
detekcyjnymi typu chromatograf gazowy sprzężony ze spektrometrm
masowym GC/MS. Takie zestawy pomiarowe są
jednak bardzo kosztowne i ze względu na wymiary nieprzydatne
w charakterze urządzeń przenośnych.
Jednym z możliwych rozwiązań w tej sytuacji jest zastosowanie
dodatkowego układu z zagęszczaniem badanego
gazu, tzw. prekoncentratora. Zagadnienie prekoncentracji
jest znane w detekcji gazów z techniki chromatograficznej,
gdzie czasami do współpracy ze złożonym systemem chromatografu
wprowadza się na wejściu układ mający na celu
zagęszczenie badanej próbki. Aby zbudować przenośny mikrosystem
należy zatem wytworzyć prekoncentrator również
w postaci mikrostruktury, bedącej elementem składowym całego
systemu.
Czułości sensorów półprzewodnikowych
Półprzewodnikowe sensory gazu w postaci tzw. chemorezystorów
stanowią alternatywę w stosunku do złożonych analizatorów
gazów ze względu na niskie koszty produkcji, dobre czułości
dochodzące do pojedynczych ppm (part per million), łatwość
implementacji w układach pomiarowych oraz kompatybilność
58 Elektronika 10/2010
z technologią mikroelektroniczną. Znane wady tych sensorów
to słaba selektywność i sta[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/10
|
|
|
» Kształtowanie jednorodnego rozkładu temperatury w półprzewodnikowych rezystancyjnych sensorach gazów w technologii LTCC
|
|
Artur RYDOSZ Wojciech MAZIARZ Tadeusz PISARKIEWICZ
Do poprawnego działania warstwy gazoczułej w półprzewodnikowych rezystancyjnych sensorach gazów konieczne jest zapewnienie
odpowiedniej temperatury pracy - zazwyczaj w przedziale 250-450ºC. Warstwa ta może wykazywać maksymalną odpowiedź na wybrane gazy dla
różnych temperatur, stąd też konieczne staje się zapewnienie odpowiedniej temperatury i możliwie jednorodnego jej rozkładu. W pracy omówiono
procesy wymiany ciepła, jakie należy uwzględnić przy projektowaniu podłoży sensorowych, przedstawiono wyniki symulacji i eksperymentu oraz
wnioski.
Abstract. For effective gas-sensitive layer operation in semiconductor gas sensors the sensor working temperature of 250-450ºC is required. The
layer usually exhibits a maximum response to selected gases at different temperatures, hence it is necessary to ensure the appropriate temperature
and its uniform distribution in the gas-sensitive layer. The paper discusses the processes of heat exchange to be considered during designing the
sensor substrates, the results of simulations, experiment results and conclusions. (Formation a uniform temperature distribution in
semiconductors resistance gas sensors in LTCC technology).
Słowa kluczowe: czujniki gazu, rozkład temperatury, symulacje termiczne, technologia LTCC.
Keywords: gas sensors, temperature distribution, thermal simulation, LTCC technology.
Wstęp
Powszechnie stosowane w przemyśle rezystancyjne
półprzewodnikowe czujniki gazów są tanie, małe i cechują
się wysoką czułością na badane gazy. Wszystkie te cechy
osiągane są w drodze kompromisu w związku z licznymi
ograniczeniami technologicznymi. Prowadzone są badania
m.in. nad optymalizacją elementów grzejnych w celu
zapewnienia odpowiedniej topologii grzejnika i możliwie
jednorodnego rozkładu temperatury w obszarze warstwy
gazoczułej, przy jak najmniejszym poborze mocy.
Optymalizuje się również doprowadzenia elektryczne
grzejnika, które mają znaczny wpływ na pobór mocy w
temperaturze pracy [...]
więcej»
w zeszycie
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY 2011/4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Sterowanie MBS termicznym procesem próżniowej selenizacji warstw fotowoltaicznych
|
|
MICHAŁ WARZECHA HENRYK JANKOWSKI TERESA KENIG LIDIA MAKSYMOWICZ TADEUSZ PISARKIEWICZ
Półprzewodniki trójskładnikowe, których przedstawicielem
jest diselenek miedziowo-indowy, CuInSe2 (CIS), charakteryzują
się dużą absorpcją promieniowania, przez co mają
dużą szansę na zastosowanie w masowej produkcji wysokowydajnych
ogniw fotowoltaicznych [1]. Wytwarzanie cienkiej
warstwy CIS polega na naniesieniu warstw elementarnych
prekursorów Cu, In oraz Se na odpowiednio przygotowane
podłoże, a następnie termicznym uformowaniu docelowego
materiału lub na selenizacji warstw Cu-In. Prekursory metaliczne
są poddawane obróbce termicznej w standardowym
piecu dyfuzyjnym w zamkniętym reaktorze grafitowym zawierającym
źródła par Se [2] lub z wykorzystaniem techniki
szybkiej obróbki termicznej RTP (Rapid Thermal Processing)
[3]. Proces termiczny składa się z dwóch etapów,
przeprowadzanych w różnych temperaturach. Termiczne
wytwarzanie CIS metodą RTP ma wiele zalet technologicznych.
Najważniejsze to skrócenie czasu procesu oraz uzyskanie
powierzchniowej jednorodności materiału. Głównymi
czynnikami, które mają wpływ na jednorodność temperatury
oraz powtarzalność procesu RTP są: źródło promieniowania
podczerwonego, konstrukcja komory oraz system sterowania
temperatury, łącznie z nieinwazyjnym systemem pomiaru
temperatury w czasie rzeczywistym [4].
Budowa urządzeń RTP, a w szczególności kontrola czasowego
profilu temperatury obrabianego materiału są złożonym
zagadnieniem badawczym ze względu na radiacyjny przekaz
energii cieplnej [5,6]. Uzyskanie założonej trajektorii temperatury
zależy od dokładności zastosowanego modelu oraz zaproponowania
odpowiedniego aparatu numerycznego. Procedura
sterowania zbudowanego urządzenia w oparciu o model
matematyczny uwzględnia możliwości pomiarowe oraz sposób
zasilania elementów grzejnych.
Urządzenie RTP
Próżniowy piec RTP zbudowano na bazie zestawu lamp halogenowych
oraz klosza kwarcowego, stanowiącego ściany komory
próżniowej. Lampy umieszczono w reflektorach chłodzonych
wod[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/5
|
|
|
» Sposób zagospodarowania uszkodzonych mechanicznie krzemowych ogniw fotowoltaicznych
|
|
WOJCIECH GRZESIAK ADAM BIEŃKOWSKI EWA KLUGMANN-RADZIEMSKA TADEUSZ PISARKIEWICZ
W procesie produkcji modułów fotowoltaicznych (PV) niejednokrotnie
dochodzi do uszkodzenia mechanicznego pojedynczych
ogniw, mających zwykle kształt prostokątnych cienkich
płytek z krystalicznego krzemu. W warunkach produkcji seryjnej
przyjmuje się, że tego typu odpad stanowi 3…5% stosowanych
ogniw. Biorąc pod uwagę światową produkcję modułów
PV o łącznej mocy na poziomie 5 GW, oznacza to, że uszkodzeniu
ulega nawet 125 mln ogniw rocznie. Uszkodzone ogniwa
traktowane są obecnie jako odpad, trafiający na wysypiska
odpadów, stanowią jednak w znacznej części pełnowartościowy
materiał i po stosownej obróbce mogą być z powodzeniem
wykorzystywane jako mniejsze elementy składowe modułów
fotowoltaicznych o różnych mocach. Warunkiem jest nadanie
tym mniejszym elementom jednakowych rozmiarów, segregacja
na grupy o maksymalnie zbliżonych parametrach elektrycznych
oraz szeregowe lub szeregowo-równoległe łączenie
celem uzyskiwania żądanych wypadkowych parametrów
całego modułu. Korzystnym czynnikiem jest to, że wydajność
mocy elektrycznej z jednostki powierzchni płytki, stanowiącej
ogniwo fotowoltaiczne nie jest zależna od rozmiarów tej
płytki.
Regułę tę zaburzyć mogą jedynie niewłaściwe metody cięcia
i formowania mniejszych elementów z dużych, lecz uszkodzonych
mechanicznie krzemowych płytek ogniwowych.
Opracowanie tej technologii zostało poprzedzone badaniami
racjonalnych metod cięcia uszkodzonych duż[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/4
|
|
|
|
Strona 1
Następna strona »
|
Twój Profil
Twój koszyk
