基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术涉及基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统及其制备方法，包括氧化镨/氧化镓PN结芯片、紫外光电探测外围电路、GSM模块以及蜂鸣器，所述氧化镨/氧化镓PN结芯片与紫外光点探测外围电路连接，GSM模块以与蜂鸣器并联连入紫外光电探测外围电路；所述氧化镨/氧化镓PN结芯片包括n型氧化镓单晶衬底、设置于n型氧化镓单晶衬底上的p型氧化镨薄膜、以及Ti/Au薄膜电极；所述p型氧化镨薄膜的面积为n型氧化镓单晶衬底面积的一半。本发明专利技术的氧化镨/氧化镓PN结芯片性能稳定、响应度高、灵敏度高、暗电流小；本发明专利技术可实现远程报警，可应用于远程电气火灾报警、高压线电晕以及特定波长光谱的探测，具有广泛的应用前景。

Intelligent electric spark detection alarm system based on PN junction chip and its preparation method

The invention relates to a PN junction chip smart electric spark detection alarm system and its preparation method based on, including praseodymium oxide / gallium oxide PN junction chip, ultraviolet photoelectric detection circuit, GSM module and the buzzer, the praseodymium oxide / gallium oxide PN junction chip and UV spot detection of peripheral circuit connected to the GSM module and the buzzer in parallel even in the ultraviolet photoelectric detection circuit; the praseodymium oxide / gallium oxide PN junction chip comprises a n type gallium oxide single crystal substrate, arranged in the N type gallium oxide single crystal substrate P film, praseodymium oxide and Ti/Au thin film electrode; the P type thin film praseodymium oxide area is half of the n type gallium oxide single crystal substrate area. The invention of praseodymium oxide / gallium oxide PN junction chip has stable performance, high sensitivity, high sensitivity, low dark current; the invention can realize remote alarm, can be applied to remote electrical fire alarm, high-voltage corona and detecting specific wavelength spectrum, and has wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统及其制备方法
本专利技术涉及电火花检测报警系统，具体涉及基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统及其制备方法。技术背景市面上的火灾探测器大多是基于温度传感、烟雾颗粒、红外光探测为机理的器件。这些器件往往工作在火灾已经发生并伴有明火或烟雾，此时的报警已相对较晚。据统计，80％的仓库火灾发生是由于电器设备老化放电引起的电火花，这个过程会发出日盲波段的深紫外光(200-280nm)，该波段的光是可以被检测的。因此，研究开发一种能准确、有效地探测到电火花信号，防范于未“燃”的智能火灾报警器是当下安防领域所迫切需要的。目前，市场上也有关于紫外探测器应用，但是其检测的光谱覆盖了380nm以下的所有紫外光波段，容易受到太阳光的干扰，误报率高，而采用日盲紫外探测器可以检测电火花中存在，而太阳光中不存在的日盲波段紫外光，极大地降低误报率。如何设计一种可有效的检测电火花信号的报警器，且报警准确、误报率低，是一项迫切需要解决的问题，可以有效的降低不安全隐患，保障生命财产安全、降低损失。β-Ga2O3是一种新型的宽禁带半导体材料，带隙约为4.9eV(对应的波长为254nm)，具有极高的热稳定性和化学稳定性，可以工作在恶劣环境，是一种非常有前景的深紫外日盲探测材料。本专利技术设计的基于氧化镨/氧化镓PN结的智能电火花检测报警系统可以将电火花报警信息发送到手机终端，实现远程报警，可以应用到很多公共设施以及公共环境的探测，比如电气火灾报警，高压电路电火花放电探测等，降低误报率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好，可以将电火花报警信息发送到手机终端，实现远程报警的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统及其制备方法。本专利技术的技术方案为：基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，包括氧化镨/氧化镓PN结芯片、紫外光电探测外围电路、GSM模块以及蜂鸣器，所述氧化镨/氧化镓PN结芯片与紫外光点探测外围电路连接，GSM模块以与蜂鸣器并联连入紫外光电探测外围电路；所述氧化镨/氧化镓PN结芯片包括n型氧化镓单晶衬底、设置于n型氧化镓单晶衬底上的p型氧化镨薄膜、以及Ti/Au薄膜电极；所述p型氧化镨薄膜的面积为n型氧化镓单晶衬底面积的一半。具体地，所述Ti/Au薄膜电极包括第一Ti/Au薄膜电极和第二Ti/Au薄膜电极。进一步地，所述第一Ti/Au薄膜电极设置于p型氧化镨薄膜表面，所述第二Ti/Au薄膜电极设置于n型氧化镓单晶衬底表面。具体地，Ti/Au薄膜电极由Ti薄膜电极和Au薄膜电极构成，所述Au薄膜电极设置于Ti薄膜电极的上方。作为优选，Ti薄膜电极厚度为20-30nm，Au薄膜电极的厚度为60-90nm，Ti/Au薄膜电极为边长2毫米的正方形。作为优选，p型氧化镨薄膜的厚度为200-300nm。作为优选，所述的GSM模块将电火花报警信息发送到手机终端，实现远程报警。本专利技术还包括一种基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统的制备法，其特征在于，包括以下步骤：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在氧化镨/氧化镓PN结的p型Pr2O3薄膜和n型β-Ga2O3单晶衬底上分别沉积Ti/Au薄膜作为测量电极；并将带电极的氧化镨/氧化镓PN结芯片、GSM模块以及蜂鸣器接入紫外光光电探测电路，组装成智能电火花检测报警系统。进一步地，所述氧化镨/氧化镓PN结芯片的制备方法包括如下步骤：步骤一，将n型β-Ga2O3单晶衬底放入V(HF)∶V(H2O2)＝1∶5的溶液中浸泡以去除自然氧化层，然后超声清洗，真空干燥，形成处理后的n型β-Ga2O3单晶衬底；步骤二，把Pr2O3靶材放置在激光分子束外延系统的靶台位置，将上述处理后的n型β-Ga2O3单晶衬底固定在样品托上，放进真空腔；先将腔体抽真空，通入氩气和氧气，调整真空腔内的压强，加热n型β-Ga2O3单晶衬底，生长Pr2O3薄膜，待薄膜生长完毕，继续通入氧气，调整真空腔内的压强，对所得Pr2O3薄膜进行原位退火；其中，Pr2O3靶材与n型β-Ga2O3单晶衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10-6Pa，通入氩气和氧气的流量比为3∶1，加热n型β-Ga2O3单晶衬底时腔体压强为1×10-3Pa，Pr2O3薄膜进行原位退火时腔体压强为5Pa，激光能量为200mJ/cm2，激光脉冲频率为1Hz，激光的波长为248nm，n型β-Ga2O3单晶衬底的加热温度为500-600℃，Pr2O3薄膜的退火温度为500-600℃，退火时间为1-2小时。对制备的氧化镨/氧化镓PN结芯片进行光电性能测试是将探针点在电极两端，电极之间加电压-5伏特，测得芯片的I-t特性曲线，通过控制紫外光(254nm和365nm)照射的开关发现芯片只对254nm光谱有响应。另外，对制作的基于氧化镨/氧化镓PN结的智能电火花检测报警系统进行测试，发现当有电火花产生时，报警系统的蜂鸣器立刻发出响声，并通过GSM网络致电至手机终端，如果手机终端无人接听，该报警系统又继续以短信形式将报警信息发送给手机终端，实现远程双重报警。本专利技术相对于现有技术的有益效果：(1)本专利技术的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，采用氧化镨/氧化镓PN结芯片作为深紫外光探测器，可以有效的探测到日盲波段的深紫外光(200-280nm)，而避免检测到281-380的紫外光；且构成PN结芯片的材质热稳定性和化学稳定性强，可以在工作环境恶劣的条件下工作；该报警系统性能稳定，反应灵敏，暗电流小，可应用于电气火灾报警、高压电路电火花放电报警等，可广泛应用于众多公共设施以及公共环境的探测。(2)本专利技术的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，只检测电火花中日盲波段的紫外光，而不受太阳光的干扰，误报率低，可以将电火花报警信息发送到手机终端，实现远程报警。(3)本专利技术的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，氧化镨/氧化镓PN结芯片通过对其结构、尺寸、厚度的合理设计使其探测到200-280nm波段的深紫外光的性能达到最佳。(4)专利技术的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统的制备法，具有工艺可控性强，操作简单，普适性好，且重复测试具有可恢复性等特点，具有很大的应用前景。(5)本基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统的制备法，通过激光分子束外延技术在n型氧化镓单晶衬底上沉积一半面积的p型氧化镨薄膜，利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在氧化镨和氧化镓衬底上各沉积一层Ti/Au薄膜作为电极使用。并设计一套紫外光电探测的外围电路，将氧化镨/氧化镓PN结芯片制作成一种智能电火花检测报警系统。附图说明图1是本专利技术的氧化镨/氧化镓PN结芯片的示意图。图2是用本专利技术方法测得氧化镨/氧化镓PN结芯片电极电压为-5V的I-t曲线图。图3是用本专利技术的紫外光电探测外围电路图。其中：1-n型氧化镓单晶衬底；2-p型氧化镨薄膜；3-第一Ti/Au薄膜电极；4-第二Ti/Au薄膜电极。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统的制备方法具有如下步骤：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在氧化镨/氧化镓PN结的p型Pr本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，包括氧化镨/氧化镓PN结芯片、紫外光电探测外围电路、GSM模块以及蜂鸣器，所述氧化镨/氧化镓PN结芯片与紫外光点探测外围电路连接，GSM模块以与蜂鸣器并联连入紫外光电探测外围电路；所述氧化镨/氧化镓PN结芯片包括n型氧化镓单晶衬底、设置于n型氧化镓单晶衬底上的p型氧化镨薄膜、以及Ti/Au薄膜电极；所述p型氧化镨薄膜的面积为n型氧化镓单晶衬底面积的一半。

【技术特征摘要】
1.基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，包括氧化镨/氧化镓PN结芯片、紫外光电探测外围电路、GSM模块以及蜂鸣器，所述氧化镨/氧化镓PN结芯片与紫外光点探测外围电路连接，GSM模块以与蜂鸣器并联连入紫外光电探测外围电路；所述氧化镨/氧化镓PN结芯片包括n型氧化镓单晶衬底、设置于n型氧化镓单晶衬底上的p型氧化镨薄膜、以及Ti/Au薄膜电极；所述p型氧化镨薄膜的面积为n型氧化镓单晶衬底面积的一半。2.根据权利要求1所述的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，所述Ti/Au薄膜电极包括第一Ti/Au薄膜电极和第二Ti/Au薄膜电极。3.根据权利要求2所述的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，所述第一Ti/Au薄膜电极设置于p型氧化镨薄膜表面，所述第二Ti/Au薄膜电极设置于n型氧化镓单晶衬底表面。4.根据权利要求1或2或3所述的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，Ti/Au薄膜电极由Ti薄膜电极和Au薄膜电极构成，所述Au薄膜电极设置于Ti薄膜电极的上方。5.根据权利要求4所述的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，Ti薄膜电极厚度为20-30nm，Au薄膜电极的厚度为60-90nm，Ti/Au薄膜电极为边长2毫米的正方形。6.根据权利要求1或2或3或5所述的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，p型氧化镨薄膜的厚度为200-300nm。7.根据权利要求1或2或3或5所述的基于PN结芯片的智能电火花检测报警系统，其特征在于，所述的GSM模块将电火花报警信息发送到手机终端，实现远程报警。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭兰，
申请(专利权)人：王旭兰，
类型：发明
国别省市：浙江,33