DE602006000295T2

DE602006000295T2 - Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor

Info

Publication number: DE602006000295T2
Application number: DE602006000295T
Authority: DE
Inventors: Fredrik 589 23 Enquist
Original assignee: Adixen Sensistor AB
Current assignee: Inficon AB
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: EP1767934B1; ATE380341T1; EP1767934A3; US7622080B2; US20070069313A1; DE602006000295D1; EP1767934A2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung des erfindungsgemäßen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors zur Erfassung des Vorhandenseins von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe, sowie auf die Verwendung des erfindungsgemäßen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors zum Messen der Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe. Zusätzlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Sonde, die den erfindungsgemäßen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor umfasst, und auf ein Wasserstoffgaserfassungssystem, das den erfindungsgemäßen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfassung spezifischer gasförmiger Atome oder Moleküle in einer Gasprobe lässt sich heutzutage unter Verwendung einer großen Anzahl unterschiedlicher Vorrichtungen bewerkstelligen, die von komplexen technischen Systemen, zum Beispiel Massenspektrometern und Gaschromatografen bis hin zu kleinen und relativ einfachen Sensoren reichen, zum Beispiel Sensoren, welche die Wärmeleitfähigkeit eines Gases messen. Die meisten dieser Vorrichtungen beruhen auf einer Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft der gasförmigen Atome oder Moleküle, wohingegen einige von ihnen statt dessen auf einer Messung des eigentlichen Vorhandenseins spezifischer gasförmiger Atome oder Moleküle aufbauen.
Beispielsweise ist eine Vorrichtung, die sich zur Erfassung spezifischer gasförmiger Moleküle in einer Gasprobe verwenden lässt, und die auf der Messung des eigentlichen Vorhandenseins spezifischer gasförmiger Moleküle beruht, in der SE 387444 beschrieben.
Im Spezielleren beschreibt die SE 387444 einen gassensitiven Sensor, der zur Erfassung von Wasserstoffgas verwendet werden kann.
Es gibt viele verschiedene Anwendungen, bei denen Vorrichtungen zur Erfassung von Wasserstoff notwendig oder nützlich sind oder zu nutzen gewünscht werden. Beispielsweise kann eine solche Vorrichtung als Leckdetektor in Wasserstoffgas verwendenden Systemen, als Leckdetektor in Systemen und Verfahren, die Wasserstoffgas als Indikatorgas zum Prüfen und/oder Aufspüren von Lecks verwenden, oder als Alarmdetektor genutzt werden, um das Vorhandensein von Wasserstoffgas beispielsweise in Industrien nachzuweisen, die Wasserstoffgas oder Gasgemische einsetzen, die Wasserstoffgas enthalten, (wie etwa petrochemische Industrien, elektrochemische Industrien, Gaswerke), um Explosionen zu verhindern.
Der in der SE 387444 beschriebene gassensitive Sensor umfasst eine katalytische Metallschicht, die eine Metallelektrode darstellt, eine Halbleiterschicht, und eine Isolierschicht, die zwischen der katalytischen Metallschicht und der Halbleiterschicht angeordnet ist. Da dieser Sensor einen Halbleiteraufbau umfasst, wird er hier als gassensitiver Halbleitersensor bezeichnet. Die katalytische Metallschicht besteht aus irgendeinem der Platinmetalle Palladium, Nickel und/oder Platin oder einer Legierung, die mindestens 20 Atomgew.-% Palladium enthält.
Das Arbeitsprinzip des Halbleitersensors der SE 38744 zur Erfassung von Wasserstoffgas baut auf der Tatsache auf, dass manche der Platinmetalle, vor allem Palladium, Wasserstoffgasmoleküle adsorbieren und adsorbierte Wasserstoffgasmoleküle auf ihren Oberflächen dissoziieren können, um so entstandene Wasserstoffatome aufzulösen und eindringen zu lassen und Wasserstoffatome an ihren Oberflächen zu adsorbieren. Der Begriff "katalytisches Metall" wird hier verwendet, um ein Metall oder eine Legierung zu bezeichnen, das bzw. die Wasserstoffgasmoleküle zu dissoziieren und die so entstandenen Wasserstoffatome aufzunehmen vermag.
Das Grundarbeitsprinzip des Halbleitersensors der SE 387444 wird nun für den Fall beschrieben, dass der Sensor zur Erfassung von Wasserstoffgas genutzt wird. Wenn der Halbleitersensor der SE 387444 Wasserstoffgasmolekülen ausgesetzt wird, kann die katalytische Metallschicht einige von ihnen auf ihrer Außenfläche adsorbieren, die so angeordnet ist, dass sie mit der umgebenden Atmosphäre frei in Verbindung steht. Die adsorbierten Wasserstoffgasmoleküle können dann an der Außenfläche dissoziieren, und die so entstandenen Wasserstoffatome können in die katalytische Metallschicht aufgenommen werden. Einige der aufgenommenen Wasserstoffatome werden anschließend, nachdem sie durch die katalytische Metallschicht diffundiert sind, an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht adsorbiert.
Darüber hinaus wurde hinlänglich nachgewiesen, dass Wasserstoffatome, die an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht adsorbiert werden, mit dem positiven Ende, das der Isolierschicht zugewandt ist, polarisiert werden (Lundström, I., Sensors and Actuators 1, 403 (1981)). Die Polarisierung impliziert, dass Wasserstoffdipole entstehen. Die Wasserstoffdipole erzeugen ein elektrisches Feld, das die effektive Ablösearbeit der katalytischen Metallschicht verschiebt. Infolge der Verschiebung der effektiven Ablösearbeit der katalytischen Metallschicht wird die elektrische Funktion des Halbleitersensors beeinflusst, d. h. es entsteht eine Spannungsverschiebung in der Kennlinie des Halbleiterlasers, und dieser Einfluss wird zur Erfassung von Wasserstoffgas genutzt. Dieses Erfassungsprinzip wird hier als "Wasserstoffdipol-Transducerprinzip" bezeichnet.
In "RF-Sputtered SiGe Thin Film for Thermoelectric Hydrogen sensor", Abs. 1460, 204^th Meeting of The Electrochemical Society, 2003, beschreiben K. Tajima et al. einen Halbleiterwasserstoffsensor mit einer Platinschicht, welche die halbe Oberfläche des Halbleiterfilms bedeckt.
Die Verschiebung der effektiven Ablösearbeit der katalytischen Metallschicht, die durch Wasserstoffatome erzeugt wird, die an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht aufgenommen werden, kann nicht nur zur Erfassung des Vorhandenseins von Wasserstoffgas in einer Gasprobe verwendet werden, sondern auch zum Messen der Konzentration von Wasserstoffgas in einer Gasprobe. Die Größenordnung der Verschiebung wird durch die Anzahl von Wasserstoffatomen, die pro Flächeneinheit adsorbiert werden, d. h. die Dichte von Wasserstoffatomen an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht, bestimmt. Da die Menge an Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe und die Menge an Wasserstoffatomen, die an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht adsorbiert werden, sich nach einer bestimmten Zeit ausgleichen, kann die Grö ßenordnung der Gleichgewichtsverschiebung als Maß für die Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe genutzt werden. Allerdings ist für gewöhnlich die Zeit relativ lang, bevor zwischen der Menge an Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe und der Menge an Wasserstoffatomen, die an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht aufgenommen werden, ein Gleichgewicht erzielt wird. Aus diesem Grund wird bevorzugt, als Maß für die Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe die Rate zu verwenden, mit der sich die effektive Ablösearbeit verschiebt, d. h. die Rate, mit der sich das Ausgangssignal verschiebt, bevor ein Gleichgewicht erzielt ist. Darüber hinaus hängen die Größenordnung der Verschiebungsrate der effektiven Ablösefunktion und die Größenordnung der Gleichgewichtsverschiebung bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe natürlich von der Ansprechempfindlichkeit des Sensors auf Wasserstoffgasmoleküle ab.
Ein wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor, der auf Grundlage desselben Arbeitsprinzips wie der Sensor der SE 387444 funktioniert, d. h. auf dem sogenannten Wasserstoffdipol-Transducerprinzip, wird nachstehend als "ein auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionierender wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor" bezeichnet.
Wasserstoffgassensitive Halbleitersensoren, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren, sind dafür bekannt, eine sehr hohe Selektivität für Wasserstoffgas zu besitzen, wenn sie bis zu ca. 150°C betrieben werden. Jedoch hat sich gezeigt, dass solche Sensoren auch hohe Ansprechempfindlichkeiten auf andere gasförmige wasserstoffhaltige Moleküle haben, wie Alkohole und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wenn sie bei höheren Temperaturen betrieben werden. Beispielsweise wurde eine Ansprechempfindlichkeit von auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionierenden Sensoren auf Methanol und Ethanol nachgewiesen, wenn sie bei Temperaturen über 150°C betrieben werden (Ackelid, U. et al., Metal-Oxide-Semiconductor structures with thermally activated sensitivity to ethanol vapour and unsaturated hydrocarbons, Proc. 2nd Int. Meet., Chemical Sensors, Bordeaux 1986, S. 395–398). Genauso wie Wasserstoffgasmoleküle werden solche gasförmigen wasserstoffhaltigen Moleküle dann an der Außenfläche der katalytischen Metallschicht adsorbiert und dissoziiert, und auf diese Weise entstandene Wasserstoffatome werden in die katalytische Metallschicht aufgenommen.
Somit können Halbleitersensoren, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren, nicht nur zur Erfassung von Wasserstoffgasmolekülen, sondern auch zur Erfassung von anderen gasförmigen wasserstoffhaltigen Molekülen verwendet werden. Wenn solche Sensoren zur Erfassung von Wasserstoffgas verwendet werden sollen, werden sie jedoch vorzugsweise bei Temperaturen unter 150°C betrieben, um eine Selektivität für Wasserstoffgas zu erzielen, die so hoch wie möglich ist, und eine Ansprechempfindlichkeit auf andere gasförmige wasserstoffhaltige Moleküle zu vermeiden, auf die der Sensor empfindlich anspricht, wenn er bei höheren Temperaturen betrieben wird.
Die charakteristische Ansprechempfindlichkeit auf Wasserstoffgasmoleküle eines speziellen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, hängt von der katalytischen Eigenschaft der katalytischen Metallschicht ab, d. h. der Fähigkeit der katalytischen Metallschicht, Wasserstoffgasmoleküle an der Außenfläche zu dissoziieren und so entstandene Wasserstoffatome zu absorbieren. Der Grund, warum die katalytische Eigenschaft der katalytischen Metallschicht die Empfindlichkeit beeinflusst, liegt natürlich darin, dass sie die Anzahl an Wasserstoffatomen, die pro Flächeneinheit adsorbiert werden kann, d. h. die Dichte von Wasserstoffdipolen an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgas in einer Gasprobe beeinflusst.
Allerdings kann die Ansprechempfindlichkeit eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, beispielsweise durch Oxidation der Außenfläche der katalytischen Metallschicht gesenkt werden. Sauerstoff im Umfeld des Halbleitersensors kann auch an der Außenfläche der katalytischen Metallschicht adsorbiert werden oder sich an sie binden. Dadurch wird die Anzahl an Adsorptionsstellen, an denen Wasserstoffgasmoleküle an der Außenfläche der katalytischen Metallschicht adsorbiert werden können, reduziert und dabei nimmt gleichzeitig die Anzahl an Sauerstoffmolekülen und -atomen an der Außenfläche der katalytischen Metallschicht zu. Wenn die Anzahl der Adsorptionsstellen abnimmt, an denen Wasserstoffgasmoleküle adsorbiert werden können, nimmt die Anzahl der Wasserstoffgasmoleküle ab, die an der Außenfläche der katalytischen Metallschicht adsorbiert und dissoziiert werden können, und auch die Anzahl an Wasserstoffatomen, die bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgas in einer Gasprobe in die katalytische Metallschicht aufgenommen werden können, nimmt ab. Dadurch wird die Anzahl von Wasserstoffatomen, die pro Flächeneinheit an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht und der Isolierschicht adsorbiert werden können, d. h. die Anzahl von Wasserstoffdipolen, die erzielt werden kann, bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgas in einer Gasprobe gesenkt. Dies impliziert, dass dann auch die Ansprechempfindlichkeit gesenkt ist.
Die meisten Gasproben, die einer Analyse im Hinblick auf Wasserstoffgas unterzogen werden, enthalten Luft oder Sauerstoffgas. Dadurch tritt häufig die vorstehend erwähnte Abnahme der Ansprechempfindlichkeit eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, auf.
Darüber hinaus gibt es auch andere Kontaminanten, die an der Außenfläche der katalytischen Metallschicht adsorbiert werden können oder sich an diese binden und dadurch die Ansprechempfindlichkeit genauso senken wie Sauerstoff. Ein Beispiel für einen solchen kontaminierenden Stoff ist Kohlenmonoxid, das auch in vielen Gasproben vorkommt. Zusätzlich kann sich Schwefelwasserstoff an die Außenfläche der katalytischen Metallschicht binden.
Wenn ein wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, unter solchen Erfassungsbedingungen verwendet wird, nämlich dass Sauerstoff und/oder andere Kontaminanten an der Außenfläche adsorbiert werden oder sich an diese binden, schwindet typischerweise die Ansprechempfindlichkeit des Sensors mit dem Alter des Sensors aufgrund von Oxidation oder Kontamination durch andere Kontaminanten an der Außenfläche. Für gewöhnlich wird die Nutzungsdauer eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, unter solchen Erfassungsbedingungen wesentlich verkürzt.
Ein Weg, der Ansprechempfindlichkeitsabnahme durch Sauerstoff und andere Kontaminanten entgegenzuwirken, ist, die Gasproben, die mit dem Sensor getestet werden sollen, von Sauerstoff und anderen kontaminierenden Substanzen zu reinigen. Dadurch wird irgendwelchen Einflüssen von Sauerstoff und anderen Kontaminanten auf die Ansprechempfindlichkeit wesentlich entgegengewirkt und die Nutzungsdauer des Sensors verlängert. Allerdings ist eine solche Reinigung relativ schwierig und kompliziert durchzuführen und führt dazu, dass die gesamte Analysezeit verlängert wird, da dann zur Analyseprozedur noch ein zusätzlicher Probenaufbereitungsschritt hinzukommt.
Ein anderer Weg, um der Ansprechempfindlichkeitsabnahme durch Sauerstoff und andere Kontaminanten zuvorzukommen, ist in der US 6484563 beschrieben. Nach dem in der US 6484563 beschriebenen Verfahren wird der Halbleitersensor während eines Erfassungszeitraums einer Gasprobe ausgesetzt. Jedem Erfassungszeitraum geht ein Zeitraum voraus, in dem der Halbleitersensor in einer umgebenden, vorbehandelnden Gasatmosphäre gehalten wird, die vernachlässigbare Mengen an Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Der Vorbehandlungszeitraum ist viel länger als der Erfassungszeitraum. Das Ergebnis, das sich während eines Vorbehandlungszeitraums ergibt, ist, dass im Wesentlichen der gesamte Sauerstoff und das Kohlenmonoxid beseitigt werden, die während eines vorhergehenden Erfassungszeitraums gegebenenfalls an der Außenfläche der katalytischen Metallschicht adsorbiert wurden. Dadurch wird den vorstehend erwähnten Einflüssen von Sauerstoff und anderen Kontaminanten auf die Ansprechempfindlichkeit wesentlich entgegengewirkt und die Nutzungsdauer des Sensors erhöht. Allerdings macht dieses Verfahren Einrichtungen zum Modifizieren der den Halbleitersensor umgebenden Atmosphäre erforderlich.
Die beiden vorstehend erwähnten Wege, der Empfindlichkeitsabnahme durch Sauerstoff und andere Kontaminanten entgegenzuwirken, kann somit dazu genutzt werden, die Nutzungsdauer des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, zu verlängern. Jedoch erhöhen diese beiden Wege nicht die Anfangsempfindlichkeit eines solchen Sensors. Für die meisten Anwendungen ist es bevorzugt oder erforderlich, dass nicht nur die Nutzungsdauer des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, so lang wie möglich, sondern auch die Anfangsempfindlichkeit so hoch wie möglich ist. Der Begriff "Anfangsempfindlichkeit" bezieht sich hier auf die Ansprechempfindlichkeit eines Sensors in einem Anfangszeitraum während eines anfänglichen Gebrauchs des Sensors, d. h. die Empfindlichkeit eines "neuen" und nicht vorher schon gebrauchten Sensors.
Eine erhöhte Anfangsempfindlichkeit sowie eine längere Nutzungsdauer eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, lässt sich natürlich dadurch erzielen, dass die katalytische Eigenschaft der katalytischen Metallschicht modifiziert wird. Ein Weg, die katalytische Eigenschaft der katalytischen Metallschicht eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, zu modifizieren, um die Anfangsempfindlichkeit zu erhöhen sowie die Nutzungsdauer zu verlängern, besteht darin, ein anderes katalytisches Metall zu verwenden, das dem Sensor eine höhere Anfangsempfindlichkeit verleiht. Jedoch wird bei den meisten solchen Sensoren das katalytische Metall, das dafür bekannt ist, einem wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor die höchste Anfangsempfindlichkeit zu verleihen, bereits heute schon verwendet. Ein anderer Weg, die katalytische Eigenschaft der katalytischen Metallschicht eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, zu modifizieren, um die Anfangsempfindlichkeit zu erhöhen sowie die Nutzungsdauer zu verlängern, besteht darin, die Temperatur der Außenfläche während der Wasserstoffgaserfassung zu erhöhen. Es ist bekannt, dass, wenn die Temperatur auf über 150°C angehoben wird, die Ansprechempfindlichkeit auf Wasserstoffgas erhöht ist. Jedoch ist die Selektivität für Wasserstoffgas, wenn die Temperatur auf über 150°C angehoben wird, gesenkt und die Ansprechempfindlichkeit auf andere gasförmige wasserstoffgashaltige Moleküle, wie die vorstehend erwähnten, erhöht.
Es besteht immer noch ein Bedarf nach einem zuverlässigen Weg, die Anfangsempfindlichkeit auf Wasserstoffgasmoleküle zu erhöhen sowie die Nutzungsdauer eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, zu verlängern.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor mit einer erhöhten Anfangsansprechempfindlichkeit auf Wasserstoffgasmolekü le sowie einer verlängerten Nutzungsdauer bereitzustellen, welcher Sensor eine katalytische Metallschicht, eine Halbleiterschicht und eine Isolierschicht umfasst, die zwischen der katalytischen Metallschicht und der Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei die katalytische Metallschicht eine Außenfläche und eine Innenfläche umfasst, wobei die Außenfläche so angeordnet ist, dass sie mit der umgebenden Atmosphäre frei in Verbindung steht, wobei die Innenfläche mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt umfasst, wobei jeder Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt angrenzend an die Isolierschicht angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 1 gelöst.
Dank dessen, dass die Innenfläche darüber hinaus einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt umfasst, wobei eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht sandwichartig zwischen jedem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt und der Isolierschicht eingeschlossen ist, wobei jeder wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitt angrenzend an eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht angeordnet ist, und wobei die Dicke der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 0,001–0,3 μm beträgt, und die Oberfläche der Außenfläche mindestens 100% größer ist als die Gesamtfläche des gesamten mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts der Innenfläche, ist es möglich, einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor mit einer erhöhten Anfangsansprechempfindlichkeit auf Wasserstoffgasmoleküle sowie einer verlängerten Nutzungsdauer zu erzielen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sonde zur Erfassung von Wasserstoffgas bereitzustellen, die einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor mit einer erhöhten Anfangsansprechempfindlichkeit auf Wasserstoffgasmoleküle sowie einer verlängerten Nutzungsdauer umfasst, welcher Sensor eine katalytische Metallschicht, eine Halbleiterschicht und eine Isolierschicht umfasst, die zwischen der katalytischen Metallschicht und der Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei die katalytische Metallschicht eine Außenfläche und eine Innenfläche umfasst, wobei die Außenfläche so angeordnet ist, dass sie mit der umgebenden Atmosphäre frei in Verbindung steht, wobei die Innenfläche mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt umfasst, wobei jeder Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt angrenzend an die Isolierschicht angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 14 gelöst.
Dank dessen, dass die Sonde einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor umfasst, bei dem die Innenfläche darüber hinaus einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt umfasst, wobei eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht sandwichartig zwischen jedem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt und der Isolierschicht eingeschlossen ist, wobei jeder wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitt angrenzend an eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht angeordnet ist, und wobei die Dicke der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 0,001–0,3 μm beträgt, und die Oberfläche der Außenfläche mindestens 100% größer ist als die Gesamtfläche des gesamten mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts der Innenfläche, ist es möglich, einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor mit einer erhöhten Anfangsansprechempfindlichkeit auf Wasserstoffgasmoleküle sowie einer verlängerten Nutzungsdauer zu erzielen.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgelistet.
Noch weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen deutlich. Es sollte jedoch klar sein, dass die Zeichnungen einzig zu Zwecken der Darstellung und nicht als eine Festlegung der Grenzen der Erfindung gedacht sind, für die Bezug auf die beigefügten Ansprüche genommen werden sollte. Es sollte auch noch klar sein, dass die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und dass, falls nicht anders angegeben, sie lediglich die hier beschriebenen Strukturen vom Konzept her darstellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen bezeichnen durchgehend durch die verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszahlen entsprechende Elemente:
1 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus und Grundfunktionsprinzips eines gassensitiven Halbleitersensors nach dem Stand der Technik, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, und der zur Erfassung von Wasserstoffgas verwendet werden kann,
2 zeigt schematisch Wasserstoffdipole, die an einer Grenzfläche zwischen einer katalytischen Metallschicht und einer Isolierschicht eines gassensitiven Halbleitersensors entstanden sind, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert,
3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus einer ersten Ausführungsform eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der vorliegenden Erfindung,
4a ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus einer zweiten Ausführungsform des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der vorliegenden Erfindung,
4b ist eine schematische perspektivische Ansicht des Grundaufbaus der zweiten Ausführungsform des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der vorliegenden Erfindung,
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Grundaufbaus einer dritten Ausführungsform des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der vorliegenden Erfindung,
6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus einer vierten Ausführungsform des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der vorliegenden Erfindung,
7 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus eines Feldeffekttransistors, der den Grundaufbau der ersten Ausführungsform des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der Erfindung umfasst, und
8 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus eines Feldeffekttransistors, der den Grundaufbau der vierten Ausführungsform des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der Erfindung umfasst.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus und Grundfunktionsprinzips eines gassensitiven Halbleitersensors nach dem Stand der Technik, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, und der zur Erfassung von Wasserstoffgas verwendet werden kann. Die meisten wasserstoffgassensitiven Halbleitersensoren nach dem Stand der Technik, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren oder aufgebaut sind, beruhen auf dem in 1 gezeigten Grundaufbau. Diese stellt zum Beispiel den Grundaufbau des Halbleitersensors der SE 387444 dar. Ein wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach dem Stand der Technik, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert, umfasst eine katalytische Metallschicht 1, eine Halbleiterschicht 2 und eine Isolierschicht 3, die zwischen der katalytischen Metallschicht 1 und der Halbleiterschicht 2 angeordnet ist. Die katalytische Metallschicht 1 umfasst eine Außenfläche 4, die so angeordnet ist, dass sie in physikalischem Kontakt und frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht, d. h. der Atmosphäre, die den Sensor umgibt, oder der Atmosphäre, welche die katalytische Metallschicht 1 umgibt. Somit bildet die Außenfläche 4 die Grenzen der katalytischen Metallschicht 1 zur umgebenden Atmosphäre und ist so angeordnet, dass sie Wasserstoffgasmoleküle aus der umgebenden Atmosphäre adsorbiert und adsorbierte Wasserstoffgasmoleküle dissoziiert. Die Außenfläche 4 umfasst alle Flächenteile der katalytischen Metallschicht 1, die so angeordnet ist, dass sie in physikalischem Kontakt und frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.
Zusätzlich hat die katalytische Metallschicht 1 eine obere Fläche 5 und eine Seitenfläche 6, wobei die Begriffe "obere" und "Seite" dazu verwendet werden, die Positionen der Fläche 5 bzw. der Fläche 6 anzugeben, wenn der Grundaufbau des Halbleitersensors die in 1 gezeigte Ausrichtung hat. Somit ist, wenn der Grundaufbau des Halbleitersensors die in 1 gezeigte Ausrichtung hat, die Seitenfläche 6 die Fläche der katalytischen Metallschicht 1, welche die Grenzen der katalytischen Metallschicht 1 in der horizontalen Richtung bildet. Die katalytische Metallschicht 1 umfasst die Seitenfläche 6 deswegen, weil die katalytische Metallschicht 1 eine bestimmte Dicke hat. Bei wasserstoffgassensitiven Halbleitersensoren nach dem Stand der Technik, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren, sind die komplette obere Fläche 5 und die komplette Seitenfläche 6 so angeordnet, dass sie in physikalischem Kontakt mit und frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen. Da entsprechend die Außenfläche 4 alle Flächenteile der katalytischen Metallschicht 1 umfasst, die so angeordnet sind, dass sie in physikalischen Kontakt mit und frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen, umfasst die Außenfläche 4 dann die komplette obere Fläche 5 wie auch die komplette Seitenfläche 6.
Darüber hinaus umfasst die katalytische Metallschicht 1 eine Innenfläche 7, die so angeordnet ist, dass sie in keinem physikalischen Kontakt und nicht frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht, d. h. keine Wasserstoffgasmoleküle aus der umgebenden Atmosphäre adsorbieren kann. Bei bekannten wasserstoffgassensitiven Halbleitersensoren, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren und den in 1 gezeigten Grundaufbau haben, ist die Oberfläche der oberen Fläche 5 im Wesentlichen gleich der Oberfläche der Innenfläche 7. Jedoch ist auch die Oberfläche der Außenfläche 4 im Wesentlichen gleich der Oberfläche der Innenfläche 7, und zwar trotz der Tatsache, dass die Außenfläche 4 die obere Fläche 5 wie auch die Seitenfläche 6 umfasst. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die katalytische Metallschicht 1 sehr dünn ist, wodurch die Oberfläche der Seitenfläche 6 im Vergleich zur Oberfläche der oberen Fläche 5 sehr klein ist. Normalerweise wird die katalytische Metallschicht 1 durch ein Dünnfilmverfahren hergestellt.
Die Innenfläche 7 von Sensoren aus dem Stand der Technik umfasst einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8, der an der Isolierschicht 3 anliegt oder zumindest angrenzend an diese angeordnet ist, d. h. es gibt keine weiteren Bauteile zwischen dem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 und der Isolierschicht 3. Der Begriff "Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt" bezieht sich hier auf einen Flächenabschnitt, der an der Isolierschicht 3 anliegt oder zumindest an diese angrenzt. Wasserstoffatome können an einem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 adsorbiert werden, oder, genauer ausgedrückt, es können Wasserstoffatome an Adsorptionsstellen für Wasserstoffatome an der Grenzfläche zwischen einem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 und der Isolierschicht 3 adsorbiert werden.
Bei Sensoren aus denn Stand der Technik macht der Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 ca. 55% der Innenfläche 7 aus. Deshalb liegen 55% der Innenfläche 7 an der Isolierschicht 3 an oder sind zumindest angrenzend an diese angeordnet. Der (die) übrigen Flächenabschnitt(e) der Innenfläche 7, d. h. ca. 45% der Innenfläche 7, ist/sind angrenzend an (nicht gezeigte) Kontaktrahmen angeordnet. Da somit die Oberflächen der Außenfläche 4 und der Innenfläche 7 im Wesentlichen gleich sind, ist die Oberfläche der Außenfläche 4 eines Sensors aus dem Stand der Technik ca. 80% größer als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8.
Zu Illustrationszwecken ist in 1 ein Wasserstoffgasmolekül mit H-H und ein Wasserstoffatom mit H bezeichnet.
Das Grundfunktionsprinzip eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors mit dem in 1 gezeigten Grundaufbau wird nun beschrieben. Wenn Wasserstoffgasmoleküle in der Atmosphäre vorhanden sind, die einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor mit dem in 1 gezeigten Grundaufbau umgibt, können einige von ihnen an der Außenfläche 4 der katalytischen Metallschicht 1 adsorbiert werden. Die adsorbierten Wasserstoffgasmoleküle können dann an der Außenfläche 4 dissoziieren, und die so entstandenen Wasserstoffatome können in die katalytische Metallschicht 1 aufgenommen werden. Einige der aufgenommenen Wasserstoffatome werden anschließend an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht 1 und der Isolierschicht 3, d. h. am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 der Innenfläche 7 der katalytischen Metallschicht 1 adsorbiert, nachdem sie durch die katalytische Metallschicht 1 diffundiert sind.
Wasserstoffatome, die an der Grenzfläche zwischen der katalytischen Metallschicht 1 und der Isolierschicht 3, d. h. am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 der Innenfläche 7 adsorbiert werden, werden polarisiert, wodurch Wasserstoffdipole entstehen. Dies ist in 2 schematisch dargestellt. Die Wasserstoffdipole erzeugen ein elektrisches Feld, das die effektive Ablösearbeit der katalytischen Metallschicht 1 verschiebt. Infolge der Verschiebung der effektiven Ablösearbeit der katalytischen Metallschicht 1 wird die elektrische Funktion des Halbleitersensors beeinflusst, d. h. es entsteht eine Spannungsverschiebung in der Kennlinie des Halbleitersensors, und dieser Einfluss kann zur Erfassung eines Vorhandenseins von Wasserstoffgasmolekülen und/oder zur Messung der Konzentration an Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe genutzt werden. Die Größenordnung der Verschiebung wird durch die Anzahl von pro Flächeneinheit adsorbierten Wasserstoffatomen, d. h. die Dichte von Wasserstoffdipolen am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8, oder spezieller, an der Grenzfläche zwischen dem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 und der Isolierschicht 3 bestimmt.
Die Menge von Wasserstoffgasmolekülen in der Atmosphäre, die den Sensor umgibt, und die Dichte von Wasserstoffdipolen am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 gleichen sich nach einer bestimmten Zeit aus, und die Gleichgewichtsverschiebung der effektiven Ablösearbeit der katalytischen Metallschicht 1 lässt sich zum Messen der Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in der den Sensor umgebenden Atmosphäre, d. h. in einer Gasprobe nutzen. Allerdings ist für gewöhnlich die Zeit relativ lang, bevor zwischen der Menge an Wasserstoffgasmolekülen in der den Sensor umgebenden Atmosphäre und der Dichte von Wasserstoffdipolen am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 ein Gleichgewicht erzielt wird. Aus diesem Grund wird bevorzugt, die Rate, mit der sich die effektive Ablösearbeit verschiebt, d. h. die Rate, mit der sich das Ausgangssignal verschiebt, bevor ein Gleichgewicht erzielt ist, als Maß für die Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in der den Sensor umgebenden Atmosphäre, d. h. in einer Gasprobe zu verwenden.
Im Allgemeinen sind wasserstoffgassensitive Halbleitersensoren aus dem Stand der Technik, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren, als Feldeffekttransistor ausgeführt. Dann können Wasserstoffatome am kompletten Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 der Innenfläche 7 der katalytischen Metallschicht 1 adsorbiert werden, aber nur diejenigen Wasserstoffatome, die an dem Teil des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 adsorbiert werden, der am Kanal angeordnet ist, wird die Spannungsverschiebung in den Kennlinien des Sensors beeinflussen. Dies wird nachstehend noch weiter beschrieben.
Die 3–6 zeigen den Grundaufbau verschiedener Ausführungsformen eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der vorliegenden Erfindung, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert. Der erfindungsgemäße wasserstoffgassensitive Halbleitersensor umfasst in allen Ausführungsformen eine katalytische Metallschicht 1, eine Halbleiterschicht 2 und eine Isolierschicht 3, die zwischen der katalytischen Metallschicht 1 und der Halbleiterschicht 2 angeordnet ist. Die katalytische Metallschicht 1 umfasst eine Außenfläche 4, die so angeordnet ist, dass sie in physikalischem Kontakt mit und frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht, d. h. der Atmosphäre, die den Sensor umgibt, oder der Atmosphäre, welche die katalytische Metallschicht 1 umgibt. Somit bildet die Außenfläche 4 die Grenzen der katalytischen Metallschicht 1 zur umgebenden Atmosphäre und ist so angeordnet, dass sie Wasserstoffgasmoleküle aus der umgebenden Atmosphäre adsorbiert und adsorbierte Wasserstoffgasmoleküle dissoziiert. Die Außenfläche 4 umfasst alle Flächenteile der katalytischen Metallschicht, die so angeordnet sind, dass sie in Kontakt und frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen.
Der Begriff "katalytisches Metall" wird hier dazu verwendet, um ein Metall oder eine Legierung zu bezeichnen, die Wasserstoffgasmoleküle zu dissoziieren und so entstandene Wasserstoffatome zu absorbieren vermag. Gemäß dieser Definition sind nicht einschränkende Beispiele für das katalytische Metall in der katalytischen Metallschicht 1 eines erfindungsgemäßen Sensors irgendwelche der Platinmetalle Palladium, Platin, und Iridium oder eine Legierung, die mindestens eines dieser Metalle enthält. Nicht einschränkende Beispiele für Legierungen, die das katalytische Metall darstellen können, ist eine Legierung, die Silber und Palladium oder eine Legierung, die Nickel und Palladium enthält.
Die katalytische Metallschicht 1 des erfindungsgemäßen Sensors besitzt eine obere Fläche 5 und eine Seitenfläche 6, wobei die Begriffe "obere" und "Seite" dazu verwendet werden, die Positionen der Fläche 5 bzw. 6 anzugeben, wenn der Grundaufbau des Sensors die wie in den 3–6 gezeigte Ausrichtung hat. Vorzugsweise umfasst die Außenfläche 4 eines erfindungsgemäßen Sensors sowohl die komplette obere Fläche 5 als auch die komplette Seitenfläche 6. Jedoch kann die Seitenfläche 6 in Varianten ganz oder teilweise durch irgendein anderes Bauteil oder irgendwelche andere Bauteile des Sensor überdeckt sein, so dass sie ganz oder teilweise daran gehindert wird, frei mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung zu stehen. Dann umfasst die Außenfläche 4 die obere Fläche 5 und gegebenenfalls das Teil/diejenigen Teile der Seitenfläche 6, die so angeordnet sind, dass sie mit der umgebenden Atmosphäre frei in Verbindung stehen.
Darüber hinaus umfasst die katalytische Metallschicht 1 eine Innenfläche 7, die so angeordnet ist, dass sie nicht in physikalischem Kontakt mit und auch nicht in freier Verbin dung mit der umgebenden Atmosphäre steht, d. h. keine Wasserstoffgasmoleküle aus der umgebenden Atmosphäre adsorbieren kann. Beim Sensor nach der vorliegenden Erfindung umfasst die Innenfläche 7 mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8. Jeder Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 ist an angrenzend an die Isolierschicht 3 angeordnet oder liegt an dieser an, d. h. es gibt keine weiteren Bauteile zwischen einem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 und der Isolierschicht 3. Somit kann beim erfindungsgemäßen Sensor die Innenfläche 7 einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 (3–4 und 6) oder mehr als einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 (5) umfassen. Die Innenfläche 7 von wasserstoffgassensitiven Halbleitersensoren aus dem Stand der Technik, die nach dem Wasserstoffdipol-Transducerprinzip funktionieren, umfassen nur einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 (1). Darüber hinaus umfasst die Innenfläche 7 des erfindungsgemäßen Sensors, wie bei Sensoren nach dem Stand der Technik, auch einen oder mehrere Flächenabschnitt/e, der/die angrenzend an (nicht gezeigte) Kontaktrahmen u. dgl. angeordnet ist/sind. Beispielsweise kann die Gesamtoberfläche des Flächenabschnitts/der Flächenabschnitte, der/die angrenzend an Kontaktrahmen u. dgl. angeordnet ist/sind, wie bei Sensoren aus dem Stand der Technik, ca. 45% der Oberfläche der Innenfläche 7 ausmachen. Jedoch kann der Prozentanteil, den die Gesamtoberfläche des/der angrenzend an Kontaktrahmen u. dgl. angeordneten Flächenabschnitts/Flächenabschnitte der Oberfläche der Innenfläche 7 ausmacht, verändert werden.
Darüber hinaus ist beim Sensor nach der vorliegenden Erfindung das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Gesamtoberfläche aller Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 der Innenfläche 7 im Vergleich zu dem Verhältnis bei wasserstoffgassensitiven Halbleitersensoren aus dem Stand der Technik, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren, wesentlich erhöht. Bei Sensoren aus dein Stand der Technik ist die Oberfläche der Außenfläche 4, wie vorstehend erwähnt, um ca. 80% größer als die Gesamtoberfläche aller Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8, d. h. des einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8.
Die Tatsache, dass das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Gesamtoberfläche aller Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 der Innenfläche 7 beim erfindungsgemäßen Sensor im Vergleich zu diesem Verhältnis bei Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich erhöht ist, impliziert, dass auch das Verhältnis der Anzahl von Stellen, die zur Adsorption und Dissoziation von Wasserstoffgasmolekülen auf der Außenfläche 4 angeordnet sind, zur Gesamtanzahl von Stellen, die zur Adsorption von Wasserstoffatomen am/an den Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt/en 8 der Innenfläche 7 angeordnet sind, beim erfindungsgemäßen Sensor im Vergleich zu diesem Verhältnis bei Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich erhöht ist.
Dadurch kann der erfindungsgemäße Sensor eine wesentlich höhere Anzahl von pro Flächeneinheit adsorbierten Wasserstoffatomen, d. h. eine höhere Dichte von Dipolen am/an den Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt/en 8 der Innenfläche 7 bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgas in einer Gasprobe bereitstellen als Sensoren aus dem Stand der Technik bei einem anfänglichen Gebrauch. Somit besitzt der erfindungsgemäße Sensor eine wesentlich höhere Anfangsempfindlichkeit als Sensoren aus dem Stand der Technik, und erfindungsgemäß wird ein wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor mit einer wesentlich erhöhten Anfangsempfindlichkeit bereitgestellt.
Wie vorstehend erwähnt, schwindet typischerweise die Empfindlichkeit von wasserstoffgassensitiven Halbleitersensoren, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren, mit dem Sensoralter, und zwar aufgrund dessen, dass Sauerstoff und/oder andere kontaminierenden Substanzen in die Außenfläche 4 der katalytischen Metallschicht 1 adsorbiert werden oder sich an diese binden. Dadurch wird die Nutzungsdauer von wasserstoffgassensitiven Halbleitersensoren, die auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktionieren, aufgrund dessen wesentlich verkürzt, dass Sauerstoff und/oder andere kontaminierenden Substanzen in die Außenfläche 4 der katalytischen Metallschicht 1 adsorbiert werden oder sich an diese binden.
Jedoch impliziert die Tatsache, dass die Anfangsempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Sensors im Vergleich zur Anfangsempfindlichkeit von Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich erhöht ist, auch, dass die Nutzungsdauer des erfindungsgemäßen Sensors im Vergleich zur Nutzungsdauer von Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich verlängert ist. Diese Tatsache sollte für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein. Die wesentliche Erhöhung des Verhältnisses der Anzahl von Stellen, die zur Adsorption und Dissoziation von Wasserstoffgasmolekülen auf der Außenfläche 4 angeordnet sind, zur Gesamtanzahl von Stellen, die zur Adsorption von Wasserstoffatomen am/an den Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt/en 8 der Innenfläche 7 beim erfindungsgemäßen Sensor angeordnet sind, impliziert, dass die Zeit wesentlich verlängert ist, bis Sauerstoff und/oder andere Kontaminanten die vielen Stellen an der Außenfläche 4 so besetzt haben, dass die Empfindlichkeit in einem solchen Maße gesenkt ist, dass der Sensor nicht länger brauchbar ist. Dadurch ist die Nutzungsdauer des erfindungsgemäßen Sensors zu Nutzungsdauer von Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich verlängert.
Somit ist keine der Maßnahmen, die vorstehend beschrieben wurden, um die Nutzungsdauer eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors zu verlängern, d. h. Reinigen von Gasproben von Sauerstoff und anderen kontaminierenden Substanzen, Verwendung von Einrichtungen zum Modifizieren der den Halbleitersensor umgebenden Atmosphäre oder Modifizieren der katalytischen Eigenschaft der katalytischen Metallschicht, notwendig, um eine verlängerte Nutzungsdauer eines Halbleitersensors zu erzielen, der auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips funktioniert. Wenn jedoch der erfindungsgemäße Sensor mit irgendeiner solcher Maßnahmen kombiniert wird, lässt sich eine sogar noch längere Nutzungsdauer erzielen.
Je nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Sensors kann der Vorteil des Sensors die erhöhte Anfangsempfindlichkeit, die längere Nutzungsdauer oder eine Kombination von beiden sein.
Wenn darüber hinaus ein Sensor aus dem Stand der Technik mit einem erfindungsgemäßen Sensor verglichen wird, und zwar nach einer bestimmten Gebrauchsdauer, bevor Sauerstoff und/oder andere Kontaminanten die Empfindlichkeit irgendeines von beiden in einem solchen Maß reduziert hat/haben, dass der Sensor nicht mehr brauchbar ist, ist das Verhältnis der Anzahl von Stellen, die immer noch frei für Adsorption und Dissoziation von Wasserstoffgasmolekülen an der Außenfläche 4 sind, zur Gesamtanzahl von Stellen, die zur Adsorption von Wasserstoffatomen am/an den Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt/en 8 angeordnet sind, beim erfindungsgemäßen Sensor wesentlich höher als beim Sensor aus dem Stand der Technik. Dadurch kann der erfindungsgemäße Sensor eine noch höhere Dichte von Dipolen am/an den Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt/en 8 der Innenfläche 7 bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgas in einer Gasprobe bereitstellen als der Sensor aus dem Stand der Technik, und zwar auch nach einer bestimmten Gebrauchsdauer, bevor Sauerstoff und/oder andere Kontaminanten die Empfindlichkeit von einem in einem solchen Maß reduziert hat/haben, dass der Sensor nicht mehr brauchbar ist. Somit hat der erfindungsgemäße Sensor eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als der Sensor aus dem Stand der Technik, wenn sie nach einer bestimmten Gebrauchsdauer verglichen werden, aber noch bevor die Empfindlichkeit eines von beiden in einem solchen Maß reduziert ist, dass er nicht mehr brauchbar ist.
Indem darüber hinaus das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Gesamtoberfläche aller Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 der Innenfläche 7 beim erfindungsgemäßen Sensor verändert wird, kann die Anfangsgeschwindigkeit maßgefertigt werden, um eine gewünschte Anfangsempfindlichkeit zu erzielen.
Die Erhöhung des Verhältnisses der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Gesamtoberfläche aller Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 der Innenfläche 7 des erfindungsgemäßen Sensors im Vergleich zu diesem Verhältnis bei Sensoren aus dem Stand der Technik repliziert, dass die Kosten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors höher werden. Dies wird weiter unten noch deutlich. Um eine Wirkung zu erzielen, d. h. eine Zunahme der Anfangsempfindlichkeit, die hoch genug ist, um im Hinblick auf die erhöhten Produktionskosten von Interesse zu sein, muss die Oberfläche der Außenfläche 4 mindestens um 100% größer sein als die Gesamtoberfläche des ganzen mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7 des erfindungsgemäßen Sensors. Somit ist beim wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor nach der vorliegenden Erfindung die Oberfläche der Außenfläche 4 mindestens um 100% größer als die Gesamtoberfläche des ganzen mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7.
Darüber hinaus ist die Erhöhung umso größer, je höher die Anfangsempfindlichkeit ist. Allerdings steigen die Produktionskosten typischerweise, wenn die Erhöhung zunimmt. Dadurch müssen die Vorteile der Erhöhung der Anfangsempfindlichkeit und der höheren Produktionskosten gegeneinander aufgewogen werden, wenn das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Gesamtoberfläche des ganzen mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 gewählt wird. Für manche Anwendungen ist es bevorzugt oder notwendig, dem Sensor eine sehr hohe Anfangsempfindlichkeit zu verleihen, um eine Messung einer sehr niedrigen Konzentration an Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe zu ermöglichen. Dann kann es beispielsweise bevorzugt sein, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 500% größer ist als die Gesamtoberfläche des ganzen mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7. Für andere Anwendungen ist es bevorzugt oder notwendig, dem Sensor eine extrem hohe Anfangsempfindlichkeit zu verleihen, um eine Messung einer extrem niedrigen Konzentration an Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe zu ermöglichen. Dann kann es zum Beispiel bevorzugt sein, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 5000% größer ist als die Gesamtoberfläche des ganzen mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors. In der ersten Ausführungsform umfasst die Innenfläche 7 einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8, der an der Isolierschicht 3 anliegt oder zumindest angrenzend an diese angeordnet ist, d. h. es gibt keine weiteren Bauteile zwischen dem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 und der Isolierschicht 3. Wie vorstehend erwähnt, bezieht sich der Begriff "Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt" hier auf einen Flächenabschnitt, der an der Isolierschicht 3 anliegt oder zumindest angrenzend an diese angeordnet ist. Wasserstoffatome können an einem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 adsorbiert werden, oder, genauer ausgedrückt, können Wasserstoffatome an Adsorptionsstellen für Wasserstoffatome an der Grenzfläche zwischen einem Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 und der Isolierschicht 3 adsorbiert werden.
Darüber hinaus ist der oberen Fläche 5 der ersten Ausführungsform eine flächenvergrößernde Struktur 10 verliehen, welche Struktur 10 angeordnet ist, um zu bewirken, dass das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7 im Vergleich zu diesem Verhältnis bei Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich erhöht ist. Im Spezielleren ist die verliehene flächenvergrößernde Struktur 10 so maßgefertigt, dass sie bewirkt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 100% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7. Für manche Anwendungen ist die verliehene flächenvergrößernde Struktur 10 so maßgefertigt, dass sie bewirkt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 500% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7, und für andere An wendungen ist sie so maßgefertigt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 5000% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7.
Der spezielle Aufbau der in 3 gezeigten flächenvergrößernden Struktur 10 ist nur ein Beispiel für einen möglichen Aufbau einer flächenvergrößernden Struktur 10, die der oberen Fläche 5 verliehen werden kann, um die Außenfläche 4 geometrisch größer zu machen. So hat in Varianten der ersten Ausführungsform die flächenvergrößernde Struktur 10 einen anderen spezifischen Aufbau, wodurch der oberen Fläche 5 ein anderer Aufbau als der in 3 gezeigte verliehen wird. Zum Beispiel kann die flächenvergrößernde Struktur 10 wellenförmig sein. Die flächenvergrößernde Struktur 10 kann auch unregelmäßig sein.
Eine flächenvergrößernde Struktur 10 kann der oberen Fläche 5 beispielsweise durch fotolithografische Verfahren verliehen werden, wodurch zuerst eine Struktur durch ein Fotoverfahren festgelegt und danach durch ein Ätzverfahren oder ein Aufstäub-/Aufstrahlverfahren hergestellt wird.
Ein anderer (nicht gezeigter) Weg, der oberen Fläche 5 eine flächenvergrößernde Struktur 10 zu verleihen, besteht darin, den Sensor so auszulegen, dass die katalytische Metallschicht 1 an der/den obersten Teilschicht/en porös ist, wobei der Begriff "obersten" verwendet wird, um die Position der erwähnten Teilschicht/en in der katalytischen Metallschicht 1 anzugeben, wenn der erfindungsgemäße Sensor die in 3 gezeigte Ausrichtung hat. Dann impliziert die Porosität der obersten Teilschicht/en, dass die obere Schicht 5 eine flächenvergrößernde Struktur 10 verliehen bekommen hat. Die Porosität der obersten Teilschicht/en kann zum Beispiel durch Ätzen, Beschichten oder Dampfabscheidung erzielt werden.
Wenn ein Sensor aus dem Stand der Technik und ein Sensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung miteinander verglichen werden, die sich nur darin unterscheiden, dass die Oberfläche der Außenschicht 4 des Sensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung aufgrund der flächenvergrößernden Struktur 10 wesentlich größer ist als die Oberfläche der Außenfläche 4 des Sensors aus dem Stand der Technik, besitzt der Sensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Sensor aus dem Stand der Technik wesentlich mehr Stellen, die zur Adsorption und Dissoziation von Wasserstoffgasmolekülen angeordnet sind. Dadurch kann durch den Sensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung bei einem anfänglichen Gebrauch eine wesentlich höhere Anzahl an Wasserstoffgasmolekülen bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe adsorbiert und dissoziiert werden als durch den Sensor aus dem Stand der Technik. Dies impliziert, dass eine wesentlich höhere Anzahl an Wasserstoffatomen pro Flächeneinheit am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe bei einem Sensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung bei einem anfänglichen Gebrauch adsorbiert werden kann als bei einem Sensor aus dem Stand der Technik. Folglich ist die Anfangsempfindlichkeit des Sensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wesentlich höher als die Anfangsempfindlichkeit des Sensors aus dem Stand der Technik. In Übereinstimmung mit dem vorher Erwähnten ist dann die Nutzungsdauer des Sensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wesentlich länger als die Nutzungsdauer des Sensors aus dem Stand der Technik. Darüber hinaus hat der Sensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung nicht nur zu Anfang eine wesentlich höhere Ansprechempfindlichkeit als der Sensor aus dem Stand der Technik. Wenn der Sensor aus dem Stand der Technik und der Sensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung nach einer bestimmten Gebrauchsdauer, aber noch bevor die Empfindlichkeit irgendeines Sensors durch Sauerstoff und/oder andere Kontaminanten in einem solchen Maß herabgesetzt wurde, dass der Sensor nicht mehr brauchbar ist, miteinander verglichen werden, hat der Sensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung immer noch eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als der Sensor aus dem Stand der Technik.
Die 4a und 4b zeigen eine schematische Querschnittsansicht bzw. eine schematische perspektivische Ansicht des Grundaufbaus einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors. In der zweiten Ausführungsform umfasst die obere Fläche 5 keine flächenvergrößernde Struktur 10, wie sie die obere Fläche 5 in der ersten Ausführungsform aufweist. Darüber hinaus sind die Oberflächen der Innenfläche 7 und der Außenfläche 4 im Wesentlichen gleich. Die Innenfläche 7 umfasst in der zweiten Ausführungsform einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8, der an der Isolierschicht 3 anliegt oder angrenzend an diese angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Innenflä che 7 einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9, der nicht angrenzend an die Isolierschicht 3 angeordnet ist oder an dieser anliegt.
Der Begriff" wasserstoffatomadsorptionsgehemmter Flächenabschnitt" bezieht sich hier auf einen Flächenabschnitt, der weder an der Isolierschicht 3 anliegt noch angrenzend an diese angeordnet ist. Wasserstoffatome können an einem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 nicht oder im Wesentlichen nicht adsorbiert werden. Eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht 11 ist sandwichartig zwischen dem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 und der Isolierschicht 3 so eingeschlossen, dass der komplette wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitt 9 an der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 11 anliegt oder angrenzend an diese angeordnet ist. Der Begriff "wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht" bezieht sich hier auf ein Material, das keine oder sehr wenige Stellen zur Adsorption von Wasserstoffatomen umfasst. Die wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht 11 hemmt im Wesentlichen die Adsorption von Wasserstoffatomen am wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9, oder genauer ausgedrückt, verhindert sie im Wesentlichen, dass Wasserstoffatome an der Grenzfläche zwischen dem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 und der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 11 adsorbiert werden. Somit können keine, oder im Wesentlichen keine Wasserstoffatome am wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 adsorbiert werden, oder genauer ausgedrückt, es können keine, oder im Wesentlichen keine Wasserstoffatome an der Grenzfläche zwischen dem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 und der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 11 adsorbiert werden. Selbst wenn eine Adsorption von Wasserstoffatomen am wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 nicht vollständig verhindert wird, d. h. wenn sie nur im Wesentlichen verhindert wird, wodurch einige wenige Wasserstoffatome am wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 adsorbiert werden können, ist sie im Vergleich zur Adsorption von Wasserstoffatomen am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 gehemmt. Dadurch wird er, auch wenn einige wenige Wasserstoffatome am wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 adsorbiert werden können, als wasserstoffatomadsorptionsgehemmt bezeichnet.
Das wasserstoffatomadsorptionshemmende Material ist vorzugsweise ein nicht katalytisches Metall oder eine nicht katalytische Legierung. Beispielsweise ist das wasserstoffatomadsorptionshemmende Material Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder Chrom. Die Dicke der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 11 beträgt 0,001–0,3 μm.
Die Oberfläche des am wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors ist so maßgefertigt, dass sie bewirkt, dass das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 im Vergleich zu diesem Verhältnis bei Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich erhöht ist. Im Spezielleren ist die Oberfläche des wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 so maßgefertigt, dass sie bewirkt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 100% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7. Für manche Anwendungen ist sie so maßgefertigt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 500% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7, und für manche Anwendungen ist sie so maßgefertigt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 5000% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7. Die Oberfläche des wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 wird dadurch maßgefertigt, dass die Oberfläche der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 11 maßgefertigt wird, an welcher der wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitts 9 anliegt oder angrenzend angeordnet ist.
Wenn ein Sensor aus dem Stand der Technik und ein Sensor nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung miteinander verglichen werden, die sich nur darin unterscheiden, dass die Innenfläche 7 des erfindungsgemäßen Sensors einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 umfasst (d. h. jeder Sensor einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 besitzt, und die Sensoren zum Beispiel gleiche Oberflächen der Innenfläche 7, gleiche Oberflächen der Außenfläche 4 und gleiche Prozentanteile der Innenfläche 7 besitzen, die angrenzend an Kontaktrahmen u. dgl. angeordnet ist), ist der Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 des Sensors nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung wesentlich kleiner als der Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 des Sensors aus dem Stand der Technik. Somit besitzt der Sensor nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung Stellen zur Adsorption von Wasserstoffatomen auf einer wesentlich kleineren Oberfläche der Innenfläche 7 als der Sensor aus dem Stand der Technik. Auch wenn der Sensor aus dem Stand der Technik und der Sensor nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung gleiche Oberflächen der Außenfläche 4 und somit eine gleiche Anzahl von Stellen besitzen, die zur Adsorption und Dissoziation von Wasserstoffgasmolekülen angeordnet sind, lässt sich dadurch am Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 des Sensors nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung bei einer bestimmten Konzentration von Wasserstoffgas in einer Gasprobe eine wesentlich höhere Dichte von Wasserstoffdipolen erzielen als beim Sensor aus dem Stand der Technik. Folglich ist die Anfangsempfindlichkeit des Sensors nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung wesentlich höher als die Anfangsempfindlichkeit des Sensors aus dem Stand der Technik. In Übereinstimmung mit dem vorher Erwähnten ist dann die Nutzungsdauer des Sensors nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung wesentlich länger als die Nutzungsdauer des Sensors aus dem Stand der Technik. Darüber hinaus hat der Sensor nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht nur zu Anfang eine wesentlich höhere Ansprechempfindlichkeit als der Sensor aus dem Stand der Technik. Wenn der Sensor aus dem Stand der Technik und der Sensor nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach einer bestimmten Gebrauchsdauer, aber noch bevor die Empfindlichkeit eines Sensors durch Sauerstoff und/oder andere Kontaminanten in einem solchen Maß herabgesetzt wurde, dass der Sensor nicht mehr brauchbar ist, miteinander verglichen werden, hat der Sensor nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung immer noch eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als der Sensor aus dem Stand der Technik.
In der ersten und zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors umfasst die Innenfläche 7 einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8. Allerdings kann in anderen Ausführungsformen, wie vorstehend erwähnt, die Innenfläche 7 auch mehr als einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 umfassen.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors, bei dem die Innenfläche 7 drei Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 umfasst, die an der Isolierschicht 3 anliegen oder angrenzend an diese angeordnet sind, und einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9, der an einer wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 11 anliegt oder angrenzend an diese angeordnet ist. In der dritten Ausführungsform umfasst die obere Fläche 5 keine flächenvergrößernde Struktur 10. Darüber hinaus sind die Oberflächen der Innenfläche 7 und der Außenfläche 4 im Wesentlichen gleich.
In der dritten Ausführungsform ist die Oberfläche des wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 so maßgefertigt, dass sie bewirkt, dass das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Gesamtoberfläche aller Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8, d. h. der drei Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8, im Vergleich zu diesem Verhältnis bei Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich erhöht ist. Im Spezielleren ist die Oberfläche des wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 so maßgefertigt, dass sie bewirkt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 100% größer ist als die Gesamtoberfläche der drei Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 der Innenfläche 7. Für manche Anwendungen ist sie so maßgefertigt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 500% größer ist als die Gesamtoberfläche der drei Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 der Innenfläche 7, und für manche Anwendungen ist sie so maßgefertigt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 5000% größer ist als die Gesamtoberfläche der drei Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitte 8 der Innenfläche 7. Die Oberfläche des wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 wird dadurch maßgefertigt, dass die Oberfläche der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht 11 maßgefertigt wird, an welcher der wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitts 9 anliegt oder angrenzend angeordnet ist.
In (nicht gezeigten) Varianten der dritten Ausführungsform umfasst die Innenfläche 7 andere Anzahlen an Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitten 8 als in der dritten Ausführungsform. Die Innenfläche 7 kann in solchen Varianten jede geeignete Anzahl an Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitten 8 umfassen.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors, bei der es sich um eine Kombination der ersten und zweiten Ausführungsform handelt. Die Innenfläche 7 des Sensors umfasst in der vierten Ausführungsform einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8, der an der Isolierschicht 3 anliegt oder angrenzend an diese angeordnet ist, und einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9, der an einer wasserstoffatomad sorptionshemmenden Materialschicht 11 anliegt oder angrenzend an diese angeordnet ist. Darüber hinaus hat die obere Fläche 5 eine flächenvergrößernde Struktur 10 verliehen bekommen.
Die verliehene flächenvergrößernde Struktur 10 und die Oberfläche des wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 sind so maßgefertigt, dass sie bewirken, dass das Verhältnis der Oberfläche der Außenfläche 4 zur Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 im Vergleich zu diesem Verhältnis bei Sensoren aus dem Stand der Technik wesentlich erhöht ist. Im Spezielleren sind die verliehene flächenvergrößernde Struktur 10 und die Oberfläche des wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitts 9 so maßgefertigt, dass sie bewirken, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 100% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7. Für manche Anwendungen sind sie so maßgefertigt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 500% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7, und für manche Anwendungen sind sie so maßgefertigt, dass die Oberfläche der Außenfläche 4 um mindestens 5000% größer ist als die Oberfläche des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 der Innenfläche 7.
In (nicht gezeigten) Varianten der vierten Ausführungsform umfasst die Innenfläche 7 andere Anzahlen an Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitten 8 als in der vierten Ausführungsform. Die Innenfläche 7 kann in solchen Varianten jede geeignete Anzahl an Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitten 8 umfassen.
Darüber hinaus umfasst in der zweiten, dritten und vierten Ausführungsform die Innenfläche 7 einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9. Jedoch kann die Innenfläche 7 in anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen auch mehr als einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 umfassen. Eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht 11 ist dann sandwichartig zwischen jedem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 und der Isolierschicht 3 eingeschlossen. Jeder wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitt 9 ist angrenzend an eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht 11 angeordnet. Wenn die Innenfläche 7 mindestens zwei wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitte 9 umfasst und dadurch mindestens zwei wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschichten 11 zwischen der katalytischen Materialschicht 1 und der Isolierschicht 3 angeordnet sind, können alle der mindestens zwei wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschichten 11 aus demselben wasserstoffatomadsorptionshemmenden Material bestehen, oder mindestens zwei der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschichten 11 können aus unterschiedlichen wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialien bestehen. Darüber hinaus kann in Ausführungsformen mit mehr als einem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 die obere Fläche 5 eine flächenvergrößernde Struktur 10 verliehen bekommen. Jedoch bekommt in manchen Ausführungsformen mit mehr als einem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 die obere Fläche 5 keine flächenvergrößernde Struktur 10 verliehen. Darüber hinaus können Ausführungsformen mit mehr als einem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 eine geeignete Anzahl an Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitten 8 umfassen. Jedoch umfasst der erfindungsgemäße Sensor natürlich mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8.
Somit kann ein erfindungsgemäßer Sensor irgendeine geeignete Anzahl an Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitten 8 und irgendeine geeignete Anzahl an wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitten 9 umfassen. Jedoch umfasst der Sensor natürlich mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8, wohingegen er keinen, einen oder mehr als einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 umfassen kann. Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßer Sensor irgendeine geeignete Anzahl an Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitten 8 und irgendeine geeignete Anzahl an wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitten 9 in Kombination mit einer oberen Fläche 5 umfassen, der eine flächenvergrößernde Struktur 10 verliehen wurde, oder in Kombination mit einer oberen Fläche 5 umfassen, der keine flächenvergrößernde Struktur 10 verliehen wurde.
Der wasserstoffgassensitive Halbleitersensor nach der Erfindung kann zur Erfassung von Wasserstoffgas in der einen Sensor umgebenden Atmosphäre verwendet werden, d. h. er kann zur Erfassung von Wasserstoffgas in einer Gasprobe oder einer Volumenprobe von Gas verwendet werden. Im Spezielleren kann der wasserstoffgassensitive Halbleitersensor nach der Erfindung zur Erfassung des Vorhandenseins von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe und/oder zum Messen der Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe verwendet werden.
Der wasserstoffgassensitive Halbleitersensor nach der Erfindung kann zum Beispiel als eine Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistorvorrichtung oder eine Schottky-Barrierenvorrichtung ausgeführt sein. jede Ausführungsform des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der Erfindung kann als eine Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistorvorrichtung oder eine Schottky-Barrierenvorrichtung ausgeführt sein. Die Ausführung eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach der Erfindung als eine Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistorvorrichtung oder eine Schottky-Barrierenvorrichtung sollte für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein. Beispielsweise kann der wasserstoffgassensitive Halbleitersensor nach der Erfindung als ein Feldeffekttransistor ausgeführt sein. Die 7 und 8 zeigen zwei Beispiele für die Ausführung des erfindungsgemäßen Sensors als Feldeffekttransistor, die beide unterschiedliche Ausführungsformen des Sensors nach der Erfindung zeigen. Jedoch kann in Übereinstimmung mit dem vorstehend Erwähnten auch irgendeine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors als die in den 7 und 8 gezeigte in einem Feldeffekttransistor enthalten sein.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus eines Feldeffekttransistors, der den Grundaufbau der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors umfasst. Der Transistor besteht zum Beispiel aus einem Silizium-Halbleiter 12 der p-Art und besitzt zwei darin integrierte Siliziumschichten 13 der n-Art. Die Isolierschicht 3 steht mit den Halbleiterschichten 12, 13 in Kontakt. Der Transistor umfasst darüber hinaus eine Source-Elektrode 13, eine Drain-Elektrode 15 und einen Kanal 16. Die katalytische Metallschicht 1 stellt das Gate dar. Wenn ein Transistor mit dem in 7 gezeigten Grundaufbau zur Erfassung von Wasserstoffgas in einer Gasprobe verwendet wird, können Wasserstoffatome am kompletten Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 adsorbiert werden, aber nur diejenigen Wasserstoffatome, die an dem Teil des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 adsorbiert werden, der im Wesentlichen über dem Kanal 16 liegt, werden die Spannungsverschiebung in der Kennlinie des Sensors beeinflussen. Dies sollte für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein und wird hier nicht weiter erklärt. Der Begriff "über" im Begriff "Teil des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts, der im Wesentlichen über dem Kanal liegt" wird dazu verwendet, um die Position eines Teils des Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts 8 anzugeben, wenn der Grundaufbau des Transistors die in 7 gezeigte Ausrichtung hat.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht des Grundaufbaus eines Feldeffekttransistors, der den Grundaufbau der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors umfasst. Der in 8 gezeigte Grundaufbau unterscheidet sich dadurch von dem in 7 gezeigten Grundaufbau, dass die Innenfläche 7 darüber hinaus einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 umfasst. Eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht 11 ist sandwichartig zwischen dem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 und der Isolierschicht 3 eingeschlossen. Der Hauptteil des Flächenabschnitts der Innenfläche 7, der im Wesentlichen über den beiden Siliziumschichten 13 liegt, ist im wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt 9 enthalten. Der Flächenabschnitt der Innenfläche 7, der im Wesentlichen über dem Kanal 16 liegt, ist im Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt 8 enthalten. Dadurch werden Wasserstoffatome im Wesentlichen daran gehindert, am Hauptteil des Flächenabschnitts der Innenfläche 7, der im Wesentlichen über den beiden Siliziumschichten 13 liegt, adsorbiert zu werden, können aber am Flächenabschnitt der Innenfläche 7, der im Wesentlichen über dem Kanal 16 liegt, adsorbiert werden. Somit können Wasserstoffatome im Wesentlichen nur an dem Flächenabschnitt der Innenfläche 7 adsorbiert werden, der über dem Kanal 16 liegt, wo adsorbierte Wasserstoffatome die Spannungsverschiebung in der Kennlinie des Sensors beeinflussen können. Darüber hinaus können im Wesentlichen keine Wasserstoffatome am Hauptteil des Flächenabschnitts der Innenfläche 7 adsorbiert werden, der im Wesentlichen über den beiden Siliziumschichten 13 liegt, wo irgendwelche adsorbierten Wasserstoffatome die Spannungsverschiebung in der Kennlinie des Sensors nicht beeinflussen können. Dadurch werden im Wesentlichen keine Wasserstoffatome auf Flächenteilen der Innenfläche 7 "vergeudet", wo sie die Spannungsverschiebung in der Kennlinie des Sensors nicht beeinflussen können. Dies sollte für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein und wird hier nicht weiter erklärt. Der Begriff "über" wird verwendet, um die Position eines Teils der Innenfläche 7 anzugeben, wenn der Grundaufbau des Transistors die in 8 gezeigte Ausrichtung hat.
Ein wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor kann als Leckdetektor in Wasserstoffgas verwendenden Systemen, als Leckdetektor in Systemen und Verfahren, die Wasserstoffgas als Indikatorgas zum Prüfen und/oder Aufspüren von Lecks verwenden, oder als Alarmdetektor genutzt werden, um das Vorhandensein von Wasserstoffgas beispielsweise in Industrien nachzuweisen, die Wasserstoffgas oder Gasgemische, die Wasserstoffgas enthalten, verwenden (wie etwa petrochemische Industrien, elektrochemische Industrien, Gaswerke), um Explosionen zu verhindern.
Beispielsweise kann der wasserstoffgassensitive Halbleitersensor nach der Erfindung in einer Sonde enthalten sein, d. h. einer Vorrichtung, die so angeordnet ist, dass ein Kontakt zwischen der Außenfläche der katalytischen Metallschicht des Sensors und der Gasprobe hergestellt wird, in der das Vorhandensein oder die Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen gemessen werden soll. Die Vorrichtung kann so angeordnet sein, dass sie entweder die Außenfläche der katalytischen Metallschicht des Sensors mit der Gasprobe in Kontakt bringt, oder die Gasprobe mit der Außenfläche der katalytischen Metallschicht des Sensors in Kontakt bringt. Beispielsweise kann die Sonde eine Probeentnahmeeinheit sein. Eine Sonde zur Erfassung von Wasserstoffgas, die einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor nach der Erfindung enthält, liegt auch im Rahmen der Erfindung.
Darüber hinaus liegt auch ein Wasserstoffgaserfassungssystem mit einer Sonde und einer Messeinheit im Rahmen der Erfindung, welche Sonde den erfindungsgemäßen Sensor enthält. Wasserstoffgasmoleküle werden dann durch den Sensor in der Sonde auf Grundlage des Wasserstoffdipol-Transducerprinzips erfasst, und Signale vom Sensor, die von der Erfassung von Wasserstoffgasmolekülen herrühren, werden in der Messeinheit gemessen und interpretiert. Die Messeinheit wird typischerweise als Detektor bezeichnet und kann von jeder geeigneten Art sein.
Darüber hinaus umfasst eine Wasserstoffgaserfassungssystem nach der Erfindung zusätzlich zu einer Sonde, die den erfindungsgemäßen Sensor enthält, und einer Messeinheit, mindestens eine der Vorrichtungen aus der Gruppe: Wasserstoffgasquelle, Gaskontrollsystem, Gasdruckregler, Fixiervorrichtung für ein Testobjekt und Fixiervorrichtungssteuergerät. Solch ein System kann zum Beispiel zur Leckprüfung und/oder Leckaufspürung verwendet werden, die auf der Nutzung von Wasserstoffgas als Indikatorgas beruht. Die Wasserstoffgasquelle ist eingerichtet, um eine Quelle für Indikatorgas zu bilden, und kann von jeder geeigneten Art sein. Das Gaskontrollsystem ist eingerichtet, um das Abfüllen von Wasserstoffgas aus der Wasserstoffgasquelle in das zu prüfende Objekt oder in ein das zu prüfende Objekt umschließende Behältnis, wie etwa eine Fixiervorrichtung, zu regeln, und kann von jeder geeigneten Art sein. Der Gasdruckregler ist eingerichtet, um den Abgabedruck aus der Gasquelle zu regeln, und kann von jeder geeigneten Art sein. Die Fixiervorrichtung für ein Testobjekt ist eingerichtet, um ein Testobjekt zum Befüllen mit und Entleeren von Gas anzuschließen sowie irgendwelche andere Öffnungen dicht zu verschließen, die keine Lecköffnungen darstellen, und kann von jeder geeigneten Art sein. Das Fixiervorrichtungssteuergerät ist eingerichtet, um die Verbindungen und Dichtverschlüsse der Fixiervorrichtung zu kontrollieren, und kann von jeder geeigneten Art sein.
Wenn beispielsweise ein erfindungsgemäßes System mit einer Sonde, die den erfindungsgemäßen Sensor enthält, einer Messeinheit, einer Wasserstoffgasquelle, einem Gaskontrollsystem, einem Gasdruckregler, einer Fixiervorrichtung für ein Testobjekt und einem Fixiervorrichtungssteuergerät zur Leckerfassung genutzt wird, wird ein Objekt, das der Leckprüfung unterzogen wird, an die Fixiervorrichtung angeschlossen. Das Fixiervorrichtungssteuergerät wird dazu verwendet, die Verbindungen der Fixiervorrichtung zu steuern. Ein Gas oder Gasgemisch, das eine nachweisbare Menge an Wasserstoff enthält, wird anschließend durch das Gaskontrollsystem aus der Gasquelle in das in Prüfung befindliche Testobjekt eingebracht. Der Gasdruckregler wird eingesetzt, um den Abgabedruck aus der Gasquelle zu regeln. Anschließend wird die den Sensor enthaltende Sonde eingesetzt, um die Luft, die das in Prüfung befindliche Objekt umgibt, auf ein erhöhtes Vorhandensein von Sauerstoff hin zu untersuchen. Jede messbare Zunahme in der Wasserstoffkonzentration wird von der Messeinheit dargestellt und ist ein Nachweis eines im Testobjekt bestehenden Lecks. Auf eine analoge Weise ist es auch möglich, ein Leck zu erfassen, indem das Indikatorgas oder Indikatorgasgemisch auf die Außenseite des unter Test befindlichen Objekts gelenkt und dann die Luft im Inneren des Testobjekts auf ein erhöhtes Vorhandensein von Wasserstoff hin untersucht wird.

Claims

Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor mit einer katalytischen Metallschicht (1), einer Halbleiterschicht (2) und einer Isolierschicht (3), die zwischen der katalytischen Metallschicht (1) und der Halbleiterschicht (2) angeordnet ist, wobei die katalytische Metallschicht (1) eine Außenfläche (4) und eine Innenfläche (7) umfasst, wobei die Außenfläche (4) so angeordnet ist, dass sie mit der umgebenden Atmosphäre frei in Verbindung steht, wobei die Innenfläche (7) mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt (8) umfasst, wobei jeder Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt (8) angrenzend an die Isolierschicht (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (7) darüber hinaus mindestens einen wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt (9) umfasst, wobei eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht (11) sandwichartig zwischen jedem wasserstoffatomadsorptionsgehemmten Flächenabschnitt (9) und der Isolierschicht (3) eingeschlossen ist, wobei jeder wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitt (9) angrenzend an eine wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschicht (11) angeordnet ist, und wobei die Dicke der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschicht (11) 0,001–0,3μm beträgt, und dass die Oberfläche der Außenfläche (4) um mindestens 100% größer ist als die Gesamtfläche des gesamten mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts (8) der Innenfläche (7).
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (7) mindestens zwei wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitte (9) umfasst, wobei der Sensor mindestens zwei wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschichten (11) umfasst, und dass alle wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschichten (11) aus denselben wasserstoffatomadsorptionshemmenden Material bestehen.
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (7) mindestens zwei wasserstoffatomadsorptionsgehemmte Flächenabschnitte (9) umfasst, wobei der Sensor mindestens zwei wasserstoffatomadsorptionshemmende Materialschichten (11) umfasst, und dass mindestens zwei der wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialschichten (11) aus unterschiedlichen wasserstoffatomadsorptionshemmenden Materialien bestehen.
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserstoffatomadsorptionshemmende Material ein nicht katalytisches Metall oder eine nicht katalytische Legierung ist.
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserstoffatomadsorptionshemmende Material Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder Chrom ist.
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Außenfläche (4) um mindestens 500% größer ist als die Gesamtoberfläche des ganzen mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts (8) der Innenfläche (7).
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Außenfläche (4) um mindestens 5000% größer ist als die Gesamtoberfläche des ganzen mindestens einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitts (8) der Innenfläche (7).
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oberen Fläche (5) der katalytischen Metallschicht (1) eine flächenvergrößernde Struktur (10) verliehen ist.
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (7) einen Wasserstoffatomadsorptionsflächenabschnitt (8) umfasst.
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffektvorrichtung ist.
Wasserstoffgassensitiver Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Schottky-Barrierenvorrichtung ist.
Verwendung eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Erfassung des Vorhandenseins von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe.
Verwendung eines wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus die Verwendung des wasserstoffgassensitiven Halbleitersensors zum Messen der Konzentration von Wasserstoffgasmolekülen in einer Gasprobe umfasst.
Sonde zur Erfassung von Wasserstoffgas, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen wasserstoffgassensitiven Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält.
Wasserstoffgaserfassungssystem mit einer Sonde nach Anspruch 14 und einer Messeinheit.
Wasserstoffgaserfassungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das System darüber hinaus eine Wasserstoffgasquelle umfasst.
Wasserstoffgaserfassungssystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das System darüber hinaus ein Gaskontrollsystem umfasst.
Wasserstoffgaserfassungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das System darüber hinaus eine Fixiervorrichtung für ein Testobjekt umfasst.
Wasserstoffgaserfassungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das System darüber hinaus einen Gasdruckregler umfasst.
Wasserstoffgaserfassungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das System darüber hinaus ein Fixiervorrichtungssteuergerät umfasst.