Прибор для определения концентрации водорода Советский патент 1982 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой в аналитической химии, и может быть использовано для измерения концентрации водорода в жидких и газообразных средах.

Известен прибор для определения концентрации веществ в различных газ.овых средах, состоящий из полупроводникового датчика, который представляет собой стеклокерамическое тело с двумя платиновыми электродами, один из которых проходит внутри стеклокерамического тела, а второй намотан на него l.

Однако данный прибор обладает низкой чувствительностью, так как его рабочая температура составляет 500С, что приводит к увеличению концентрации основных носителей заряда и, следовательно, большим токам утечки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является прибор для определения концентрации водорода,, содержащий полупроводниковую пластину с торцовыми электрическими контактами, на плоскости которой последовательно расположены слой диэлектрика и слой палладия.

встроенный в стенку камеры, для анализируемого газа 2.

Однако данный прибор обладает недостаточной чувствительностью при измерении малых концентраций водорода.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерений концентраций

10 водорода.

Поставленная цель достигается за счет того, что прибор для определения концентрации водорода, содержащий полупроводниковую пластину с торцовыми электрическими контактами, на

15 плоскости которой последовательно расположены слой диэлектрика и слой палладия, встроенный в стенку камеры для анализируемого газа, снабжен магнитом, между полюсами которого

20 размещена полупроводниковая пластина с собственной проводимостью плоскостью по силовым магнитным .гтиниям.

На чертеже схематически представлен притбор для определения концен25трации водорода.

Прибор для измерения концентрации водорода включает полупроводниковую пластину 1 с собственной проводимостью. Одна поверхность пластины 1 хи30мически травлена, а на вторую после

травления нанесен слой диэлектрика 2. Диэлектрик 2 покрыт слоем палладня 3,который встроен в стенку гаговой камеры 4, снабженноп штуцером для подачи анализируемого газа. На полупроводниковой пластине 1 расположены два торцовых электрических контактах 5 и б. Полупроводниковая пластина 1 установлена между полпсами магнита 7 плоскостью по силовым магниагным линиям.

В качестве полупроводниковой пластины 1 быть взята, например, германиевая пластина, имеющая толщину, сравнимую с диффузионной длиной носителей заряда, а в качестве одного из материалов для .слоя диэлектрика - окись кремния.

При наложении электрического и магнитного полей параллельно плоскости полупроводниковой пластины .1 с собственной проводимостью (п-р) возникает сила Лоренца, под деиствием которой носители заряда перераспределяются по толщине пластины, в результате чего изменяется средняя концентрация носителей заряда в полупроводниковой пластине 1, если скорости поверхностной рекомбинации на противоположных поверхностях пла тины различны. Это различие возникает при наличии водорода в газовой камере 4 благодаря изменению изгиба энергетических зон на границе раздела пластины и слоя диэлектрика 2. Водород, находящийся в камере 4, диссоциирует на поверхности слоя палладия 3 и часть атомов водорода диффундирует через слоя палладия 3 и адсорбируется на границе раздела слоя палладия 3 и диэлектрика 2. Эт адсорбированные атомы у личивают дипольный слой на данной границе раздела. Это приводит к изменению изгиба энергетических зон на- границе раздела пластины 1 и слоя диэлектрика 2 и, следовательно, к изменению скорости порерхностной рекомбинации носителей заряда на границе раздела пластины 1 и слоя диf,

Г

электрика 2. Изменение средней концентрации носителей заряда в пластине 1 приводит к тому, что вольтамперная характеристика прибора становится выпрямляющей с коэффициентом выпрямления К,, величина которого пропорциональна концентрации водорода в камере 4. По величине коэффициента выпрямления К судят о величине концентрации водорода в камере 4.

Применение предлагаемого прибора позволяет увеличить диапазон измерений концентрации водорода со стороны малых концентраций. Если известные до этого приборы измеряли концентрацию водорода до 1 частицы на миллион, то данный прибор способен измерять концентрации водорода до 0,1 частицы на миллион. Это преимущество делает перспективным использование предлагаемого прибора для решения различных прикладных задач аналитической химии.

Формула изобретения

Прибор для определения концентрации водорода, содержащий полупроводниковую пластину с торцовыми электрическими контактами, на плоскости которой последовательно расположены слой диэлектрика и слой палладия, встроенный в стенку камеры, для анализируемого газа, от-личающис я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен магнитом, между полюсами которого размещена полупроводниковая пластина с собственной проводимостью плоскостью по силовым магнитным линиям.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Англии № 1424398, кл.С 1 N , опублик. 1972.

2.Лундстрём И. и др. МОП-структуры, чувствительные к водороду. Uacuum, 1977, т.27, 4, с.245247 (прототип).