В данной работе была поставлена задача разработать конструкцию и электронную схему прибора для измерения вольт-фарадных (C-V) характеристик МДП-сенсоров. В настоящее время уделяется много внимания экологическому мониторингу окружающей среды, а конкретно – химическому составу атмосферы. Среди существующих сенсоров химического состава газов выделяются аномально высокой чувствительностью МДП-сенсоры (разработанные на каф. № 70 НИЯУ МИФИ), представляющие собой, по сути, МДП-конденсаторы. Основной их характеристикой является зависимость ёмкости от напряжения (вольт-фарадная характеристика). В данный момент для измерения C-V характеристик МДП-сенсоров используется сложная и устаревшая многоблочная установка. Поэтому в настоящей работе была поставлена задача – разработать конструкцию и электронную схему компактного, простого и недорогого прибора для измерения C-V-характеристик с возможностью дальнейшего применения созданной схемы для изготовления нового газоанализатора на основе МДП-сенсора. МДП-сенсоры, как сказано выше, превосходят другие типы сенсоров высокой чувствительностью. Это связано с тем, что в основе сенсора лежит полупроводник — материал, свойства которого чрезвычайно чувствительны к изменениям параметров окружающей среды и, в частности, к химическому составу газов. Кроме того, МДП-сенсоры обладают небольшими размерами и малой стоимостью за счет возможности их серийного изготовления стандартными средствами микроэлектронной промышленности. Для выполнения поставленной задачи были использованы: среда разработки и отладки программ для микроконтроллеров AVR, Evaluation kit для написания и отладки кода микросхемыпреобразователя «ёмкость-код» ACAM PCap-01, PCad для проектирования печатной платы и электрической схемы, а так же Terminal и LabWindows для визуализации полученных с сенсора данных на компьютере. Основой МДП-сенсора является МДП-структура. Используемая в рассматриваемом сенсоре структура является МДП-конденсатором. Её измерения основаны на изменении электроемкости конденсатора. Схема МДП-сенсора (рис.1): 1 — пленка Pd (Pt, Ir); 2 — пленка Ta2O5; 3 — слой SiO2; 4 — пластина кремния; 5 — металлический электрод; 6 — изолирующая пластина; 7 — пленочный нагреватель; 8 — электрические Рис.1 контакты нагревателя; 9, 11 — электрические контакты МДП-конденсатора; 10 — терморезистор. Стандартные размеры сенсора (изображение представлено на рис.2) составляют около 1 см3. Основной характеристикой МДП-сенсора является его C-V характеристика (рис.3). Рис.2 1 – 100 0С; 2 – 150 0С; 3 – 200 0С. Пунктирная кривая показывает, для примера, вид C-V-характеристики при воздействии Рис.3 исследуемого газа. Vсм – напряжение ″смещения″. Точки А, В, В1, D – соответствуют различным вариантам выбора величины Vсм. C-V-характеристика позволяет судить о чувствительности МДП-сенсора, а также оценить диапазон работы сенсора. Принцип действия МДП-сенсора состоит в следующем: под действием газа С-V характеристика сенсора смещается либо вправо, либо влево в зависимости от того, какой газ подается на датчик. Для измерения изменения емкости МДП-сенсора необходимо выбрать на линейном участке С-V характеристики рабочую точку. Она задается напряжением смещения, Vсм. Изменение емкости сенсора фиксирует электронная схема газоанализатора. Другой важной характеристикой МДП-сенсора является динамическая характеристика (рис.4). Исследуя динамическую характеристику сенсора, можно определить такие важные технические характеристики сенсора, как время отклика (τ0.9), время релаксации (τ0.1), величину и знак отклика сенсора, чувствительность. Эти характеристики важны для использования МДП-сенсоров в газоанализаторах. На рисунках 5 и 6 показаны, для сравнения, макет новой электронной схемы прибора и старая установка. Преимущества новой установки: компактность, простота в использовании, функциональность, возможность применения в качестве измерительной схемы в составе нового газоанализатора, гибкость в настройке сенсора и отображения полученных с него данных. Рис.5. Макет нового прибора (схема и фото). Рис.4 Рис.6. Старая установка (схема и фото). Именно благодаря вышеперечисленным преимуществам новой электронной схемы возможно создание газоанализаторов нового поколения на основе МДП-сенсоров, основными областями применения которых являются водородная энергетика, геофизика, медицина, взрывобезопасность и научно-исследовательская деятельность. Литература: 1. И.Н. Николаев, А.В. Литвинов, Е.В. Емелин. «Возможности использования МДП-сенсоров в качестве чувствительных элементов газоанализаторов», Датчики и системы, 2007, №5, стр. 66-73. 2. «PCap 01. Микросхема класса система на кристалле с преобразователем электрической ёмкости в цифровой код с интегрированным сигнальным процессором», http://acame.ru/?page_id=417