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 чусст- вительности и быстродействия элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в чувствительном элеме-нте датчика водорода, включающем сформированную на полупроводниковой подложке, снабженной нагревателем, структуру металл-диэлектрик - полупроводник, электрод затвора МДП- структуры выполнен из сорбирующего водород сплава палладия, серебра и рутения при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Ru Ад Pd

0,2-7 15-28 Остальное

В соответствии с вышеизложенным предлагается выполнение электрода-затвора из водородопоглощающего сплава палладия с рутением и серебром с содержанием рутения от 0,2 до 7 % по весу и серебра от 15 до 28 % по весу вследствие его высокой каталитической активности к водороду и водородосодержащим газам. При этом достигается высокое быстродействие. Время насыщения при толщине 0,03 мкм может составлять 0,05-0,1 с, при температурах 70-100° С и высокой чувствительностью в диапазоне от«10 до 0,1 % обьема водорода в смеси.

00

о

х| со

х|

о

Добавка в сплав Pd-Ru серебра позволяет улучшить адгезию слоя электрода затвора к диэлектрику на 15-20 %, существенно повысить надежность чувствительного элемента.

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

В качестве подзатворного диэлектрика использовали SI02 толщиной 0,03 мкм,

Чувствительный слой-электрод затвора толщиной 0,03-0,05 мкм может быть нанесен на подзатворный диэлектрик SiOa маг- нетронным 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 4 и 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 поглощенного 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 водороду.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить измерение концентрации водорода от 10 до 0,1 % объема в газовой смеси при быстродействии от 0,05-0,1 с, при высокой надежности 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 сплава палладия с серебром, о тли чающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия элемента, электрод затвора выполнен из сплава, состоящего из палладия, серебра и рутения при следующем соотношении компонентов; мае. %:

0

Рутений Ru Серебро Ад Палладий Pd

0,2-7,0; 15-28; Остальное.

Назначение: датчик с предложенным чувствительным элементов предназначен для экспресс-анализа содержания водорода в газовых средах и может быть использован в электронной, химической и др. промыш- ленностях. Сущность изобретения: в чувствительном элементе датчика водорода, включающем сформированную на полупроводниковой подложке МДП-структуру и нагреватель, размещенный на подложке, электрод затвора МДП-структуры выполнен из сортирующего водород сплава состава, мае. %.:.рутений 0,2-7, серебро 15-28, палладий остальное. 1 ил. 1 табл.