Мікроелектронний перетворювач «вологість-частота» з ємнісними елементами на основі вологочутливих пористих шарів

Abstract

Розроблено мікроелектронний частотний перетворювач вологості з вологочутливими конденсаторами Р14 Rapid (Wired і SMD) фірми «Innovative sensor technology», вологочутливим конденсатором HСH1000 фірми «Honeywell» та вологочутливим МДНконденсатором НДІ «Гелій» (м. Вінниця, Україна). Експериментально встановлено, що в діапазоні вимірювання вологості 18÷99% найчутливішим є перетворювач з вологочутливим МДНконденсатором, виготовленим на основі шару ємнісного елемента, суттєво впливає на чутливість перетворювача вологості та діапазон її вимірювання аморфного кремнію, середнє значення чутливості якого – 3000 Гц/%, діапазон зміни частоти генерації перетворювача – 261 кГц.

The microelectronic frequency humidity transducer with humiditysensitive capacitors Р14 Rapid (Wired and SMD) Innovative sensor technology company, humiditysensitive capacitor HСH1000 Honeywell company and humiditysensitive MOS capacitor of The Scientific and Research Institute \"Helium\" (Vinnytsia, Ukraine) has been developed. The microelectronic frequency transducer of humidity forms a transistor structure with a negative differential resistance based on a bipolar transistor and a field two gate transistor. The capacitance of the oscillator circuit of the autogenerator is realized by the capacitive component of the total differential resistance on the electrodes of the collector of the bipolar transistor and the drain of the field two gate transistors. Passive inductance is connected to the collector circuit of the bipolar transistor. Negative differential resistance occurs at the electrodes of the collector of the bipolar transistor and the drain of the field two gate transistor when the voltage of the constant voltage source rises to the desired value. Negative differential resistance compensates for losses in the oscillatory circuit. When the humidity is applied to the humidity sensitive capacitor, the capacitive component of the impedance at the electrodes of the fieldeffect transistor drain and the collector of the bipolar transistor change, which causes an effective change in the frequency of oscillation circuit generation. The experimental researches show that the transducer with humiditysensitive MOS capacitor based on amorphous silicon has the highest sensitivity in the range 18÷99% of humidity. Its average sensitivity is 3000 Hz/%, while the range of change of the oscillation frequency is 261 kHz. The essential effect of the circuit design and physical and chemical properties of humiditysensitive layer of capacitive element on the sensitivity and measuring range of the humidity frequency transducer was proved by theoretical and experimental researching.