research-focus Research Focus International Scientific Journal Research Focus 2181-3833 Ilm-fan va innovatsiyalar akademiyasi 10.66073/researchfocus.v4i5.1613 REL-A-012941 05.00.00 DESIGN AND OPERATING PRINCIPLE OF A SEMICONDUCTOR SENSOR FOR METHANE AND NATURAL GAS КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДАТЧИКА ДЛЯ МЕТАНА И ПРИРОДНОГО ГАЗА METAN VA TABIIY GAZ UCHUN YARIMO‘TKAZGICHLI SENSORNING TUZILISHI VA ISHLASH PRINSIPI Khudoyberdiyeva Sabina Murodjonovna Student at the Samarkand State University of Architecture and Construction Eshobilova Mavjuda Ergashboyevna Associate Professor at the Samarkand State Medical University 05 06 2025 2025 4 5 51 55 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This paper presents the design and operational principles of a semiconductor-based gas sensor specifically engineered for the detection of methane (CH₄) and natural gas. The sensor operates on the principle of conductivity modulation in metal oxide semiconductors such as tin oxide (SnO₂), zinc oxide (ZnO), and tungsten oxide (WO₃), whose electrical resistance changes in response to gas adsorption on the sensor surface. The sensing element is integrated into a planar structure with a built-in microheater, allowing temperature control to optimize sensitivity and selectivity. Methane molecules are detected through redox reactions with chemisorbed oxygen species, resulting in measurable changes in resistance. The design includes signal conditioning circuits and data acquisition modules to enable real-time monitoring. The sensor demonstrates high sensitivity to low concentrations of methane, fast response and recovery times, and stable operation under varying environmental conditions.

В данной статье представлены конструкция и принципы работы полупроводникового газового датчика, специально разработанного для обнаружения метана (CH₄) и природного газа. Датчик работает по принципу модуляции проводимости в полупроводниках оксидов металлов, таких как оксид олова (SnO₂), оксид цинка (ZnO) и оксид вольфрама (WO₃), электрическое сопротивление которых изменяется в ответ на адсорбцию газа на поверхности датчика. Чувствительный элемент интегрирован в планарную структуру со встроенным микронагревателем, что позволяет контролировать температуру для оптимизации чувствительности и селективности. Молекулы метана обнаруживаются посредством окислительно-восстановительных реакций с хемосорбированными видами кислорода, что приводит к измеримым изменениям сопротивления. Конструкция включает в себя схемы формирования сигнала и модули сбора данных для обеспечения мониторинга в реальном времени. Датчик демонстрирует высокую чувствительность к низким концентрациям метана, быстрое время отклика и восстановления, а также стабильную работу в изменяющихся условиях окружающей среды.

Ushbu maqolada metan (CH₄) va tabiiy gazni aniqlash uchun maxsus ishlab chiqilgan yarimo‘tkazgichli gaz sensorining tuzilishi va ishlash prinsiplari keltirilgan. Sensor qalay oksidi (SnO₂), rux oksidi (ZnO) va volfram oksidi (WO₃) kabi metall oksidli yarimo‘tkazgichlarda o‘tkazuvchanlik modulyatsiyasi prinsipi asosida ishlaydi; ularning elektr qarshiligi sensor sirtida gaz adsorbsiyasiga javoban o‘zgaradi. Sezgir element o‘rnatilgan mikroisitgichga ega planar tuzilmaga integratsiya qilingan bo‘lib, bu sezuvchanlik va selektivlikni optimallashtirish maqsadida haroratni boshqarish imkonini beradi. Metan molekulalari xemosorbsiyalangan kislorod turlari bilan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari orqali aniqlanadi, bu esa qarshilikning o‘lchanadigan o‘zgarishlariga olib keladi. Konstruksiya real vaqt rejimida monitoring qilish imkonini beruvchi signalni shakllantirish sxemalari va ma‘lumot yig‘ish modullarini o‘z ichiga oladi. Sensor metanning past konsentratsiyalariga yuqori sezuvchanlikni, tez javob berish va tiklanish vaqtini hamda o‘zgaruvchan atrof-muhit sharoitlarida barqaror ishlashni namoyish etadi.

 Nanocomposite metal oxides Gas sensors Methane detection Natural gas sensing Semiconductor sensors SnO₂ ZnO WO₃ Sol-gel synthesis Hydrothermal method нанокомпозитные оксиды металлов газовые датчики обнаружение метана обнаружение природного газа полупроводниковые датчики SnO₂ ZnO WO₃ золь-гель синтез гидротермальный метод Nanokompozit metall oksidlari Gaz sensorlari Metanni aniqlash Tabiiy gazni aniqlash Yarimo‘tkazgichli sensorlar SnO₂ ZnO WO₃ Zol-gel sintezi Gidrotermal usul Glebova e.v., golubev yu.d., prosnurov a.p., yankovich a.kh., kashirskaya l.m. Estimation of air pollution during open sulfur storage // safe. Labor in industry. 1990.- no. 3. -pp. 36-37. Bukun n., dobrovolsky y., levchenko a., leonova l., osadchiie. Electrochemical processes of h2s detection in air and solution // journal of solid state electrochemistry, 2003. -№7. –рp. 122-124. Perekrestov a.p. The effect of hydrogen sulfide on the intensity of corrosion-mechanical wear // herald of mechanical engineering. 2006.- no. 9. -p.44. Harmful substances in industry. Handbook for chemists, engineers and doctors.l.: chemistry. 1977. T iii. P.5 0-54. Levchenko a., bukun n., dobrovolsky yu., leonova l., mazo g. Effect of naxwo3 composition on electrochemical properties of boundaries with nasicon as solid electrolyte // 14 th international Conference on solid state ionics. -monterey, california u.s.a., 2003. -p. 7. Abdurakhmanove., daminovg.n., sultanovм.м., tillayevs.u.ensuring the selectivity of the thermocatalytic sensor of exhaust gas components // ecological systems and devices. –м., 2008. –no.5. -p.30-32. Abdurakhmanov e. Et al. Development of a selective carbon monoxide sensor //iop conference series: earth and environmental science. – iop publishing, 2021. – т. 839. – №. 4. – с. 042078. Eshkabilova m. Et al. Development of selective gas sensors using nanomaterials obtained by sol-gel process //journal of physics: conference series. – iop publishing, 2022. – т. 2388. – №. 1. – с. 012155. Eshkobilova m. E., хodieva n., abdurakhmanova z. E. Thermocatalytic and semiconductor sensors for monitoring gas mixtures //world journal of agriculture and urbanization. – 2023. – т. 2. – №. 6. – с. 9- Эшкобилова м. Э., насимов а. М. Газоанализатор (тпг-сн4) для мониторинга метана на основе термокаталитических и полупроводниковых сенсоров //universum: химия и биология. – 2019. – №. 6 (60). – с. 17-20. Эшкобилова м. Э. И др. Метанни аниқловчи тяг-cн4 газ анализаторининг метрологик тавсифларига турли омилларнинг таъсири //research focus. – 2023. – т. 2. – №. 11. – с. 17-22. Абдурахманов э. Д., сидикова х. Г., эшкобилова м. Э. Катализатор для селективного сенсора метана //евразийский союз ученых. Серия: медицинские, биологические и химические науки. – 2021. – №. 4. – с. 43-48. Ogli m. M. A., abduraxmonova z. E., eshkobilova m. E. Gazlar aralashmasi tarkibini nazorat qilishning elektrokimyoviy usullari va analizatorlari //research focus. – 2024. – т. 3. – №. 5. – с. 8-13. Abdurakhmanov e. Et al. Template synthesis of nanomaterials based on titanium and cadmium oxides by the sol-gel method, study of their possibility of application as a carbon monoxide sensor (ii) //journal of pharmaceutical negative results. – 2022. – т. 13. – с. 1343-1350. Abdurakhmanov e. Et al. Development of a selective sensor for the determination of hydrogen //iop conference series: earth and environmental science. – iop publishing, 2021. – т. 839. – №. 4. – с. 042086. Сидикова х. Г., эшкобилова м., абдурахмонов э. Термокаталитический сенсор для селективного мониторинга природного газа //vi-международные научные практической конференции global scien ceand innovations. – 2019. – с. 235-238. Eshkabilova m. Et al. Development of selective gas sensors using nanomaterials obtained by sol-gel process //journal of physics: conference series. – iop publishing, 2022. – т. 2388. – №. 1. – с. 012155. Абдурахманов э. И др. Химический сенсор для мониторинга оксида углерода из состава транспортных выбросов //science and education. – 2020. – т. 1. – №. 1. – с. 37-42. Эшкобилов ш. А., эшкобилова м. Э., абдурахманов э. А. Разработка катализатора для чувствительного сенсора природного газа //символ науки. – 2015. – №. 3. – с. 7-12. Komiljonovna m. M., safarovich t. O., ergashboyevna e. M. Gidrazidlarning biologik faolligi fosforlangan karboksilik kislotalar va ularning hosilalari //ta'limda raqamli texnologiyalarni tadbiq etishning zamonaviy tendensiyalari va rivojlanish omillari. – 2024. – т. 31. – №. 2. – с. 126-130. Eshkobilov sh a., eshkobilova m. E., abdurakhmanov e. Determination of natural gas in atmospheric air and technological gases //ecological systems and devices. – 2015. – т. 9. – с. 11-5. Shahzoda k. Et al. Advancements in surgical techniques: a comprehensive review //ta'limda raqamli texnologiyalarni tadbiq etishning zamonaviy tendensiyalari va rivojlanish omillari. – 2024. – т. 31. – №. 2. – с. 139-149.year = {2021}, Ergashboy a. Eshkobilova mavjuda. Zol-gel synthesis of nanocomposites and gaseous materials //the international conference on" energy-earth-environment-engineering". Ctp. – 2023. – с. 84-85. Eshkobilova m. E., khudoyberdieva f. B. Composition and structure of composite building materials //international journal of social science & interdisciplinary research issn: 2277-3630 impact factor: