采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器的制造方法
【专利摘要】采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器属于消防设备【技术领域】。现有紫外火焰探测器采用的紫外光敏管制备工艺复杂，制作成本较高；尤其管内气体容易溢出，导致紫外光敏管功能下降，使用寿命缩短，紫外火焰探测器的维护周期缩短，使得火焰探测预警工作量增大，火焰探测预警成本进一步提高。本发明其特征在于，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极的感光面位于紫外增透聚光镜像方焦面处，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极与探测信号采集处理模块相连；所述氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极的结构为，在衬底上表面附着一层氧化锌基半导体薄膜，金属薄膜叉指电极位于氧化锌基半导体薄膜上表面；金属薄膜叉指电极的两根引线接探测信号采集处理模块。
【专利说明】采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器，属于消防设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在感光型火焰探测【技术领域】中，紫外火焰探测器工作在太阳光谱盲区的220?280nm紫外波段，相比于红外火焰探测器，能够避开最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，同时，由于非透紫外材料玻壳电光源的发光波长也都大于300nm，因此，也不会干扰紫外火焰探测。所以，紫外火焰探测的数据处理负担大为减轻；信噪比较高。
[0003]现有紫外火焰探测器的紫外传感单元为紫外光敏管，如图1所示，其主体是一个封闭且能透过紫外光的玻璃管I，玻璃管I内充满气体，管内有一对电极，即阳极2和光电阴极3，阳极2和光电阴极3分别与各自的管脚连接，在两个管脚之间加高压直流电。所述光电阴极3由只对紫外线敏感的金属材料制成。在探测过程中，当在探测范围内有紫外光存在时，紫外光会透过紫外光敏管的玻璃管I照射到光电阴极3表面上，光电阴极3表面的自由电子获得紫外光能量形成逸出功，进而脱离光电阴极3表面成为光电子。在正极2与光电阴极3之间的电场的作用下，光电子以极高的速度撞击它周围的气体分子，使其电离为正离子和电子。电离产生的电子被电场加速并以极大的能量继续电离其它气体分子，电子最终射向阳极2。电离产生的正离子也被电场加速，当撞向光电阴极3表面时，导致更多电子脱离光电阴极3表面。这一过程进行的一定程度，在阳极2和光电阴极3之间就会迅速形成很大的电流并产生放电。一旦产生放电，阳极2和光电阴极3之间的电压相比放电前大幅降低，此时，从放电回路中的限流电阻4上检测到的电信号成为紫外探测信号。由检测控制单元5对该紫外探测信号进行采集与处理，之后输出控制信号给各种逻辑控制系统，完成自动报警或/和连锁保护，如控制火灾消防、控制燃料供给系统的开闭。
[0004]然而，现有紫外火焰探测器采用的紫外光敏管制备工艺复杂，制作成本较高；尤其管内气体容易溢出，导致紫外光敏管功能下降，使用寿命缩短，紫外火焰探测器的维护周期缩短，使得火焰探测预警工作量增大，火焰探测预警成本进一步提高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在紫外火焰探测中，降低器件成本，延长器件使用寿命，降低火焰探测预警工作量和成本，为此，我们发明了一种采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器。
[0006]本发明之采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器其特征在于，如图2所示，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6的感光面位于紫外增透聚光镜7像方焦面处，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6与探测信号采集处理模块8相连；所述氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6的结构为，如图3所示，在衬底9上表面附着一层氧化锌基半导体薄膜10，金属薄膜叉指电极11位于氧化锌基半导体薄膜10上表面；金属薄膜叉指电极11的两根引线接探测信号采集处理模块8。
[0007]本发明其技术效果如下所述。
[0008]在氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6两端加载额定直流电压。当没有火焰存在时，没有紫外光照射。基于氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6中的氧化锌基半导体薄膜10的电学特性，金属薄膜叉指电极11之间的电阻值极大，达到兆欧级，金属薄膜叉指电极11两端只有极微弱电流通过，形成一个基准信号，对该基准信号进行采样，并传输给探测信号采集处理模块8，由其中的电阻器将该电流信号转化为电压信号，再放大，之后传送给探测信号采集处理模块8中的单片机进行AD转换及采集，作为设定值备用。当有火焰存在时，火焰辐射中的紫外光照射到紫外增透聚光镜7上，紫外增透聚光镜7具有良好的紫外光透射性能，光能损失小，紫外光信号被紫外增透聚光镜7汇聚后信号强度得到提高。之后紫外光信号照射到氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6上，金属薄膜叉指电极11之间的氧化锌基半导体薄膜10受到紫外光的激发，薄膜内部载流子发生定向移动，其电阻值由原来的兆欧级急速下降到几千欧姆，在金属薄膜叉指电极11上的加载直流电压不变的情况下，金属薄膜叉指电极11两端通过的电流急剧增大，这一变化形成一个电信号，作为紫外探测信号，经由金属薄膜叉指电极11引线传送给探测信号采集处理模块8，再由探测信号采集处理模块8采集处理，包括与所述设定值比对，由探测信号采集处理模块8给出一个控制信号。输出该控制信号给自动报警系统，或者各种逻辑控制系统，如连锁保护系统，控制火灾消防设施的启停、控制燃料供给系统的开闭。
[0009]与现有紫外光敏管相比，本发明采用的氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6的制作工艺与之完全不同，在射频磁控溅射仪的真空室中，通过溅射靶材形成上升的原子流，在衬底9上沉积生长氧化锌基半导体薄膜10晶体，该工艺非常成熟，薄膜制作成本很低。
[0010]氧化锌基半导体薄膜10对外界环境没有苛刻要求，这使得本发明能够胜任室外火焰探测。由于氧化锌基半导体薄膜10的生长位错密度低，因此，抗辐射性能高，作为火焰探测传感材料具有良好的耐用性，这使得其成为一种比较理想的紫外火焰探测传感材料。氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6的物理特征为，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6中的氧化锌基半导体薄膜10的材料具有3.3?7.8eV的宽带隙范围，对应的波长为160?375nm，覆盖了整个火焰紫外光辐射波段。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是现有紫外火焰探测器结构示意图。图2是本发明之采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器结构示意图，该图同时作为摘要附图。图3是本发明之采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器中的氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极结构示意图。图4是本发明之采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器中的氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极中的氧化锌基半导体薄膜材料归一化吸收光谱图。
【具体实施方式】
[0012]本发明之采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器其具体方案如下所述。
[0013]如图2所示，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6的感光面位于紫外增透聚光镜7像方焦面处，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6与探测信号采集处理模块8相连。所述探测信号采集处理模块8是一个以单片机为核心元件的数字信号处理电路。所述氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极6的结构为，如图3所示，在衬底9上表面附着一层氧化锌基半导体薄膜10。所述氧化锌基半导体薄膜10的材料为MgZnO晶体，例如，Mga 736Zna 264CKMga 445Zna 555CKMga 234Zna 766O,由于 Zn2+的离子半径为 0.060nm，Mg2+的离子半径为0.057nm，非常接近，因此，Mg2+和Zn 2+在各自氧化物晶格中互相替换形成MgZnO替位式混晶引起的晶格畸变较小，这为制备高性能的氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器提供了必要的基础。MgZnO晶体具有3.3?7.8eV的宽带隙范围，对应的波长为160?375nm，覆盖了整个火焰紫外光辐射波段，通过调整MgZnO晶体中的Mg、Zn含量比例获得波长选择性，如图4所示，以适合不同波长紫外光的探测。所述衬底9的材料为石英玻璃或者蓝宝石。金属薄膜叉指电极11位于氧化锌基半导体薄膜10上表面。金属薄膜叉指电极11的两根引线接探测信号采集处理模块8。
【权利要求】
1.一种采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器，其特征在于，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极(6)的感光面位于紫外增透聚光镜(7)像方焦面处，氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极(6)与探测信号采集处理模块(8)相连；所述氧化锌基金属-半导体-金属型叉指电极(6)的结构为，在衬底(9)上表面附着一层氧化锌基半导体薄膜(10)，金属薄膜叉指电极(11)位于氧化锌基半导体薄膜(10)上表面；金属薄膜叉指电极(11)的两根引线接探测信号采集处理模块(8)。
2.根据权利要求1所述的采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器，其特征在于，所述探测信号采集处理模块(8)是一个以单片机为核心元件的数字信号处理电路。
3.根据权利要求1所述的采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器，其特征在于，所述氧化锌基半导体薄膜(10)的材料为MgZnO晶体。
4.根据权利要求1所述的采用氧化锌基半导体薄膜的紫外火焰探测器，其特征在于，所述衬底(9)的材料为石英玻璃或者蓝宝石。
【文档编号】G08B17/12GK104504838SQ201410777541
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】蒋大勇, 刘如胜, 田春光, 孙龙, 侯建华, 赵建勋, 高尚, 梁庆成, 秦杰明 申请人:长春理工大学