采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器的制造方法
【專利摘要】采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器屬于消防設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。現(xiàn)有紫外火焰探測器采用的紫外光敏管制備工藝復(fù)雜，制作成本較高；尤其管內(nèi)氣體容易溢出，導(dǎo)致紫外光敏管功能下降，使用壽命縮短，紫外火焰探測器的維護(hù)周期縮短，使得火焰探測預(yù)警工作量增大，火焰探測預(yù)警成本進(jìn)一步提高。本發(fā)明其特征在于，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極的感光面位于紫外增透聚光鏡像方焦面處，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極與探測信號采集處理模塊相連；所述氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極的結(jié)構(gòu)為，在襯底上表面附著一層氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜，金屬薄膜叉指電極位于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜上表面；金屬薄膜叉指電極的兩根引線接探測信號采集處理模塊。
【專利說明】采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器，屬于消防設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在感光型火焰探測【技術(shù)領(lǐng)域】中，紫外火焰探測器工作在太陽光譜盲區(qū)的220?280nm紫外波段，相比于紅外火焰探測器，能夠避開最強(qiáng)大的自然光源一太陽造成的復(fù)雜背景，同時，由于非透紫外材料玻殼電光源的發(fā)光波長也都大于300nm，因此，也不會干擾紫外火焰探測。所以，紫外火焰探測的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)大為減輕；信噪比較高。
[0003]現(xiàn)有紫外火焰探測器的紫外傳感單元為紫外光敏管，如圖1所示，其主體是一個封閉且能透過紫外光的玻璃管I，玻璃管I內(nèi)充滿氣體，管內(nèi)有一對電極，即陽極2和光電陰極3，陽極2和光電陰極3分別與各自的管腳連接，在兩個管腳之間加高壓直流電。所述光電陰極3由只對紫外線敏感的金屬材料制成。在探測過程中，當(dāng)在探測范圍內(nèi)有紫外光存在時，紫外光會透過紫外光敏管的玻璃管I照射到光電陰極3表面上，光電陰極3表面的自由電子獲得紫外光能量形成逸出功，進(jìn)而脫離光電陰極3表面成為光電子。在正極2與光電陰極3之間的電場的作用下，光電子以極高的速度撞擊它周圍的氣體分子，使其電離為正離子和電子。電離產(chǎn)生的電子被電場加速并以極大的能量繼續(xù)電離其它氣體分子，電子最終射向陽極2。電離產(chǎn)生的正離子也被電場加速，當(dāng)撞向光電陰極3表面時，導(dǎo)致更多電子脫離光電陰極3表面。這一過程進(jìn)行的一定程度，在陽極2和光電陰極3之間就會迅速形成很大的電流并產(chǎn)生放電。一旦產(chǎn)生放電，陽極2和光電陰極3之間的電壓相比放電前大幅降低，此時，從放電回路中的限流電阻4上檢測到的電信號成為紫外探測信號。由檢測控制單元5對該紫外探測信號進(jìn)行采集與處理，之后輸出控制信號給各種邏輯控制系統(tǒng)，完成自動報警或/和連鎖保護(hù)，如控制火災(zāi)消防、控制燃料供給系統(tǒng)的開閉。
[0004]然而，現(xiàn)有紫外火焰探測器采用的紫外光敏管制備工藝復(fù)雜，制作成本較高；尤其管內(nèi)氣體容易溢出，導(dǎo)致紫外光敏管功能下降，使用壽命縮短，紫外火焰探測器的維護(hù)周期縮短，使得火焰探測預(yù)警工作量增大，火焰探測預(yù)警成本進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在紫外火焰探測中，降低器件成本，延長器件使用壽命，降低火焰探測預(yù)警工作量和成本，為此，我們發(fā)明了一種采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器。
[0006]本發(fā)明之采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器其特征在于，如圖2所示，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6的感光面位于紫外增透聚光鏡7像方焦面處，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6與探測信號采集處理模塊8相連；所述氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6的結(jié)構(gòu)為，如圖3所示，在襯底9上表面附著一層氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10，金屬薄膜叉指電極11位于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10上表面；金屬薄膜叉指電極11的兩根引線接探測信號采集處理模塊8。
[0007]本發(fā)明其技術(shù)效果如下所述。
[0008]在氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6兩端加載額定直流電壓。當(dāng)沒有火焰存在時，沒有紫外光照射。基于氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6中的氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10的電學(xué)特性，金屬薄膜叉指電極11之間的電阻值極大，達(dá)到兆歐級，金屬薄膜叉指電極11兩端只有極微弱電流通過，形成一個基準(zhǔn)信號，對該基準(zhǔn)信號進(jìn)行采樣，并傳輸給探測信號采集處理模塊8，由其中的電阻器將該電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，再放大，之后傳送給探測信號采集處理模塊8中的單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換及采集，作為設(shè)定值備用。當(dāng)有火焰存在時，火焰輻射中的紫外光照射到紫外增透聚光鏡7上，紫外增透聚光鏡7具有良好的紫外光透射性能，光能損失小，紫外光信號被紫外增透聚光鏡7匯聚后信號強(qiáng)度得到提高。之后紫外光信號照射到氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6上，金屬薄膜叉指電極11之間的氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10受到紫外光的激發(fā)，薄膜內(nèi)部載流子發(fā)生定向移動，其電阻值由原來的兆歐級急速下降到幾千歐姆，在金屬薄膜叉指電極11上的加載直流電壓不變的情況下，金屬薄膜叉指電極11兩端通過的電流急劇增大，這一變化形成一個電信號，作為紫外探測信號，經(jīng)由金屬薄膜叉指電極11引線傳送給探測信號采集處理模塊8，再由探測信號采集處理模塊8采集處理，包括與所述設(shè)定值比對，由探測信號采集處理模塊8給出一個控制信號。輸出該控制信號給自動報警系統(tǒng)，或者各種邏輯控制系統(tǒng)，如連鎖保護(hù)系統(tǒng)，控制火災(zāi)消防設(shè)施的啟停、控制燃料供給系統(tǒng)的開閉。
[0009]與現(xiàn)有紫外光敏管相比，本發(fā)明采用的氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6的制作工藝與之完全不同，在射頻磁控濺射儀的真空室中，通過濺射靶材形成上升的原子流，在襯底9上沉積生長氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10晶體，該工藝非常成熟，薄膜制作成本很低。
[0010]氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10對外界環(huán)境沒有苛刻要求，這使得本發(fā)明能夠勝任室外火焰探測。由于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10的生長位錯密度低，因此，抗輻射性能高，作為火焰探測傳感材料具有良好的耐用性，這使得其成為一種比較理想的紫外火焰探測傳感材料。氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6的物理特征為，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6中的氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10的材料具有3.3?7.8eV的寬帶隙范圍，對應(yīng)的波長為160?375nm，覆蓋了整個火焰紫外光輻射波段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有紫外火焰探測器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明之采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器結(jié)構(gòu)示意圖，該圖同時作為摘要附圖。圖3是本發(fā)明之采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器中的氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明之采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器中的氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極中的氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜材料歸一化吸收光譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明之采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器其具體方案如下所述。
[0013]如圖2所示，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6的感光面位于紫外增透聚光鏡7像方焦面處，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6與探測信號采集處理模塊8相連。所述探測信號采集處理模塊8是一個以單片機(jī)為核心元件的數(shù)字信號處理電路。所述氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極6的結(jié)構(gòu)為，如圖3所示，在襯底9上表面附著一層氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10。所述氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10的材料為MgZnO晶體，例如，Mga 736Zna 264CKMga 445Zna 555CKMga 234Zna 766O,由于 Zn2+的離子半徑為 0.060nm，Mg2+的離子半徑為0.057nm，非常接近，因此，Mg2+和Zn 2+在各自氧化物晶格中互相替換形成MgZnO替位式混晶引起的晶格畸變較小，這為制備高性能的氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器提供了必要的基礎(chǔ)。MgZnO晶體具有3.3?7.8eV的寬帶隙范圍，對應(yīng)的波長為160?375nm，覆蓋了整個火焰紫外光輻射波段，通過調(diào)整MgZnO晶體中的Mg、Zn含量比例獲得波長選擇性，如圖4所示，以適合不同波長紫外光的探測。所述襯底9的材料為石英玻璃或者藍(lán)寶石。金屬薄膜叉指電極11位于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜10上表面。金屬薄膜叉指電極11的兩根引線接探測信號采集處理模塊8。
【權(quán)利要求】
1.一種采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器，其特征在于，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極(6)的感光面位于紫外增透聚光鏡(7)像方焦面處，氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極(6)與探測信號采集處理模塊(8)相連；所述氧化鋅基金屬-半導(dǎo)體-金屬型叉指電極(6)的結(jié)構(gòu)為，在襯底(9)上表面附著一層氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜(10)，金屬薄膜叉指電極(11)位于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜(10)上表面；金屬薄膜叉指電極(11)的兩根引線接探測信號采集處理模塊(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器，其特征在于，所述探測信號采集處理模塊(8)是一個以單片機(jī)為核心元件的數(shù)字信號處理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器，其特征在于，所述氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜(10)的材料為MgZnO晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜的紫外火焰探測器，其特征在于，所述襯底(9)的材料為石英玻璃或者藍(lán)寶石。
【文檔編號】G08B17/12GK104504838SQ201410777541
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】蔣大勇, 劉如勝, 田春光, 孫龍, 侯建華, 趙建勛, 高尚, 梁慶成, 秦杰明 申請人:長春理工大學(xué)