Чувствительный элемент датчика водорода Советский патент 1993 года по МПК G01N27/12 

Чувствительный элемент предназначен для экспресс-анализа содержания водорода в газовых средах и может быть использован в электронной, химической, металлургической и др. промышленностях.

Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в чувствительном элементе датчика водорода, включающем сформированную на полупроводниковой подложке МДП-структуру и нагреватель, размещенный на подложке, электрод затвора МДП-структуры выполнен из сорбирующего водород сплава состава,, мае. %:

Ru0,2-7

PdОстальное

В соответствии с вышеизложенным предлагается выполнение электрода затвора из водородопоглощающего материала

сплава палладия с рутением, с содержанием рутения от 0,2 до 7 % по весу. Вследствие его высокой каталитической активности к водороду и водородосодержащим газам он обладает быстродействием (время насыщения при толщине 0,3 мкм может составлять 0,5-0/1 с, при температуре 70-100° С) и высокой чувствительностью в диапазоне от .10 до 0,1 % объема водорода в смеси.

Высокое быстродействие (малое время насыщения) в сплаве Pd-Ru достигается способностью рутения препятствовать образованию на поверхности пленки сплава оксида Pd и Ад.

Были изготовлены структуры на под- . ложке из кремния КДБ-10 с электродами из материала толщиной 0,03-0,05 мкм по технологии, являющейся традиционной для таких структур.

00

о VI

со о ю

В качестве подзатворного диэлектрика использовали 5Ю2 толщиной 0,03 мкм и чувсвительный слой из сплава Pd-Ru.

Данный чувствительный слой электрода затвора толщиной 0,03-0,05 мкм может быть нанесен на подзатворный диэлектрик магнетронным распылением в вакууме.

На чертеже показан пример реализации чувствительного элемента на основе МДП транзистора. Он содержит полупроводниковую подложку 1, в которой сформированы области истока 2 и стока 3, затвор, включающий подзатворный диэлектрик А и чувствительный слой (электрод затвора) - 5, и нагреватель 6.

Чувствительный элемент работает следующим образом; при наличии водорода в газовой среде изменяются электрические параметры транзистора - его пороговое напряжение.

В зависимости от концентрации поглощающего водорода электродом затвора, пропорционально изменяется и значение порогового напряжения.

Сдвиг порогового напряжения под действием водородного импульса достигает величины 250 мВ.

0

5

0

5

Для восстановления работоспособности электрода затвора необходимо исключить подачу водорода, обеспечивая нагрев элемента до 120° С,

Данный чувствительный элемент работоспособен в инертных и воздушных смесях и обладает высокой селективностью к водо- роду.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить измерение концентрации водорода от до 0,1 % объема в газовой смеси при быстродействии от 0,05-0,1 с, что значительно повышает надежность процесса регистрации водорода.

Формула изобретения

Чувствительный элемент датчика водорода, включающий сформированную на полупроводниковой подложке, снабженной нагревателем, структуру металл-диэлектрик - полупроводник, электрод затвора которой выполнен из палладийсодержащего сплава, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия элемента, электрод затвора выполнен из сплава палладия с рутением при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Рутений Ru 0,2-7,0;

Палладий Pd. Остальное.