JP3115896B2 - メタル絶縁半導体（ｍｉｓ）センサを用いた流体の検出 - Google Patents
メタル絶縁半導体（ｍｉｓ）センサを用いた流体の検出Info
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、メタル絶縁半導体（MIS）センサを用い
て、液体又はガス状流体内のガスの特定の成分を検出す
るための方法と装置に関する。本発明は、その一実施形
態において、選択的なMISマイクロエレクトロニクス・
センサを用いて、油が充填された電気変圧器の特定の障
害ガスを検出する方法及び装置に関する。
て、液体又はガス状流体内のガスの特定の成分を検出す
るための方法と装置に関する。本発明は、その一実施形
態において、選択的なMISマイクロエレクトロニクス・
センサを用いて、油が充填された電気変圧器の特定の障
害ガスを検出する方法及び装置に関する。
背景技術 産業上のガスや蒸気の分析の方法は、２つの別の路に
沿って発展している。第１の路は、例えば、赤外線分光
分析法、ガスクロマトグラフィー及び質量分光測定のた
めの複雑な装置を含む。マイクロコントローラやマイク
ロコンピュータの発達により、かつては実験室のみで使
用されていたこれら分析装置が、小型化され、耐久性が
よくなった。これらの装置は、非常に強力であるが、欠
点も有している。これらの装置は、値段が高く、メンテ
ナンスが必要である。これらの装置は、通常、環境の制
御可能な封入体内のガス源又は蒸気源から遠い所に配置
されている。ガス又は蒸気のサンプルは、通常、加熱チ
ューブ内のアナライザに輸送される。このプロセスの遅
れにより、リアルタイム情報が提供できない。このた
め、これらの装置は、燃料ガス分析や化学プロセス分析
などの分野でのリアルタイムの候補者とはならないであ
ろう。第２の路は、新たに現れた化学センサ技術の発展
である。
沿って発展している。第１の路は、例えば、赤外線分光
分析法、ガスクロマトグラフィー及び質量分光測定のた
めの複雑な装置を含む。マイクロコントローラやマイク
ロコンピュータの発達により、かつては実験室のみで使
用されていたこれら分析装置が、小型化され、耐久性が
よくなった。これらの装置は、非常に強力であるが、欠
点も有している。これらの装置は、値段が高く、メンテ
ナンスが必要である。これらの装置は、通常、環境の制
御可能な封入体内のガス源又は蒸気源から遠い所に配置
されている。ガス又は蒸気のサンプルは、通常、加熱チ
ューブ内のアナライザに輸送される。このプロセスの遅
れにより、リアルタイム情報が提供できない。このた
め、これらの装置は、燃料ガス分析や化学プロセス分析
などの分野でのリアルタイムの候補者とはならないであ
ろう。第２の路は、新たに現れた化学センサ技術の発展
である。
ガスや蒸気のセンサ技術には、産業上多くの用途があ
る。例えば、作業者の安全のための作業場での有害ガス
の検出、空気と燃料の混合気を良好に制御するための燃
料燃焼室内の生成物の分析、及び生成物の収率と廃物減
少を最適化するための供給及び生成物の流れの分析等で
ある。
る。例えば、作業者の安全のための作業場での有害ガス
の検出、空気と燃料の混合気を良好に制御するための燃
料燃焼室内の生成物の分析、及び生成物の収率と廃物減
少を最適化するための供給及び生成物の流れの分析等で
ある。
作業場でのガス検出装置におけるセンサの使用は、ル
ーチンとなっている。ここで使用されているものは、そ
の場所の環境において、その濃度が有害レベルに近づく
可能性のある単一のガス又は蒸気を検出するのに設置さ
れている個々のセンサである。これらのガスの例として
は、硫化水素、一酸化炭素、塩素、アンモニア、水素、
メタン及び他の多くのものがある。
ーチンとなっている。ここで使用されているものは、そ
の場所の環境において、その濃度が有害レベルに近づく
可能性のある単一のガス又は蒸気を検出するのに設置さ
れている個々のセンサである。これらのガスの例として
は、硫化水素、一酸化炭素、塩素、アンモニア、水素、
メタン及び他の多くのものがある。
現在、重量とサイズが重要な問題となっている航空宇
宙産業において使用されるセンサが開発されている。例
えば、液体燃料ロケットにおける水素漏れの大きさと位
置が、発射準備に重要である。
宙産業において使用されるセンサが開発されている。例
えば、液体燃料ロケットにおける水素漏れの大きさと位
置が、発射準備に重要である。
燃料と空気の混合気を制御するための燃焼分析におけ
るガスセンサ類の使用は、酸素を検出する固体電気化学
センサの使用により開始された。空気と燃料の混合気が
リッチになり過ぎたりリーンになり過ぎたりしないよう
に、自動車の混合気を正確に検出するように設計され
た。さらに、一酸化炭素や窒素酸化物のために混合気を
分析するセンサが、混合気を精度良く調整する際に重要
である。
るガスセンサ類の使用は、酸素を検出する固体電気化学
センサの使用により開始された。空気と燃料の混合気が
リッチになり過ぎたりリーンになり過ぎたりしないよう
に、自動車の混合気を正確に検出するように設計され
た。さらに、一酸化炭素や窒素酸化物のために混合気を
分析するセンサが、混合気を精度良く調整する際に重要
である。
化学プロセス流れ内で化学センサを使用すれば、プロ
セス効率や収率を改良できる可能性がある。プロセスの
改良により、廃棄物の量を直接的に減少させることがで
きる可能性がある。例えば、シリコンプロセス供給流れ
における水の濃度は、最終的な生成物の量における重要
なパラメータである。
セス効率や収率を改良できる可能性がある。プロセスの
改良により、廃棄物の量を直接的に減少させることがで
きる可能性がある。例えば、シリコンプロセス供給流れ
における水の濃度は、最終的な生成物の量における重要
なパラメータである。
それらを検出するように設計されているセンサ類がど
の程度にガス又は蒸気を認識するかは、他の干渉する種
に対するセンサの感度とこれらの種の濃度による。目標
ガス又は蒸気を分析する能力を感度と呼ぶ。例えば、相
対的な感度における10倍の差異より大きいような高い選
択性のあるセンサ類の例はほどんどなく、あっても理想
的に動作することはない。例えば、干渉物の濃度が十分
に高い場合、目標ガスを正確に表示することができない
センサである。実際上、この制限は、上述した状況が起
こらない場合には、このセンサを用いることにより、緩
和される。
の程度にガス又は蒸気を認識するかは、他の干渉する種
に対するセンサの感度とこれらの種の濃度による。目標
ガス又は蒸気を分析する能力を感度と呼ぶ。例えば、相
対的な感度における10倍の差異より大きいような高い選
択性のあるセンサ類の例はほどんどなく、あっても理想
的に動作することはない。例えば、干渉物の濃度が十分
に高い場合、目標ガスを正確に表示することができない
センサである。実際上、この制限は、上述した状況が起
こらない場合には、このセンサを用いることにより、緩
和される。
センサにより提供される情報の質を改良するための他
の方法は、センサ類のアレイからの情報を処理すること
である。
の方法は、センサ類のアレイからの情報を処理すること
である。
化学センサ類の一つの用途に、鉱物油が充填された電
気変圧器内の特定のガスの検出がある。
気変圧器内の特定のガスの検出がある。
アーク（電気放電）、コロナ排出、低エネルギーのス
パーク、ひどい過負荷、ポンプモータの故障及び絶縁シ
ステムの加熱のような障害により、水素（H2）、アセチ
レン（C2H2）、エチレン（C2H4）、及び一酸化炭素（C
O）が油充填電気変圧器内に発生する。このような状態
により、変圧器は誤動作し、調整しなければついには故
障に至る場合もある。これらの４つの変圧器における障
害ガスを検出することにより、可能性のある誤動作を頻
繁に最初に示すことができる。変圧器の誤動作条件と変
圧器が発生する障害ガスとの間には統計的な相互関係が
ある。この相互関係により、キーとなるガスを用いた方
法により可能性のある障害ガスを評価することが可能と
なる。
パーク、ひどい過負荷、ポンプモータの故障及び絶縁シ
ステムの加熱のような障害により、水素（H2）、アセチ
レン（C2H2）、エチレン（C2H4）、及び一酸化炭素（C
O）が油充填電気変圧器内に発生する。このような状態
により、変圧器は誤動作し、調整しなければついには故
障に至る場合もある。これらの４つの変圧器における障
害ガスを検出することにより、可能性のある誤動作を頻
繁に最初に示すことができる。変圧器の誤動作条件と変
圧器が発生する障害ガスとの間には統計的な相互関係が
ある。この相互関係により、キーとなるガスを用いた方
法により可能性のある障害ガスを評価することが可能と
なる。
重要なガス（キーとなるガス）と４つの一般的な障害
のタイプを以下に示す。
のタイプを以下に示す。
ａ） 熱い油−C2H4 ｂ） 熱いセルロース−CO2,CO ｃ） 電気的なコロナ−H2 ｄ） 電気的なアーク−H2,C2H2 これらの相互関係により、変圧器の障害の可能性のあ
るタイプが、その変圧器内で発生するガスの分析により
評価可能である。
るタイプが、その変圧器内で発生するガスの分析により
評価可能である。
公益事業においては、あるキーとなるガスの比を用い
た種々の診断に役立つ理論が発展した。このような「ガ
ス比」の存在により、変圧器の信頼性を改善することが
可能となった。しかしながら、種々のガス比（例えば、
Rogers Ratio Method,Doernenburg Ratio）を用いた可
能性のある障害のタイプを評価するために、ガスを区別
して分析する必要がある。
た種々の診断に役立つ理論が発展した。このような「ガ
ス比」の存在により、変圧器の信頼性を改善することが
可能となった。しかしながら、種々のガス比（例えば、
Rogers Ratio Method,Doernenburg Ratio）を用いた可
能性のある障害のタイプを評価するために、ガスを区別
して分析する必要がある。
最近、ガスクロマトグラフィーが、40℃（104゜F）で
20センチストローク以下の粘性を持つ油に溶けているガ
スを識別して量を計るために使用されている。しかしな
がら、リアルタイム分析情報を提供できないというユー
ザーに対する重要な欠点がある。
20センチストローク以下の粘性を持つ油に溶けているガ
スを識別して量を計るために使用されている。しかしな
がら、リアルタイム分析情報を提供できないというユー
ザーに対する重要な欠点がある。
このガスクロマトグラフィーが有益であるためには、
油サンプル内に溶けているガスの量と成分が、実験室へ
の運搬中に変化してはならない。このようなサンプリン
グは、油が空気にさらされる危険性と溶けたガスの付随
的なロスを必ず含むことになる。
油サンプル内に溶けているガスの量と成分が、実験室へ
の運搬中に変化してはならない。このようなサンプリン
グは、油が空気にさらされる危険性と溶けたガスの付随
的なロスを必ず含むことになる。
ガスクロマトグラフィーに代わるものとして、化学セ
ンサがある。この化学センサは、電気変圧器の油環境内
に直接的に浸され、リアルタイムで作動し、初期の障害
の存在を示し、油のサンプリング及び実験室でのその後
の分析が不要である。
ンサがある。この化学センサは、電気変圧器の油環境内
に直接的に浸され、リアルタイムで作動し、初期の障害
の存在を示し、油のサンプリング及び実験室でのその後
の分析が不要である。
特定の成分を識別して分析することが出来る選択性の
あるセンサ類は、信号を与える異なる成分に対する感度
とは大きさにおいて異なる特定の成分に対して感度（単
位：出力／濃度）を示す。
あるセンサ類は、信号を与える異なる成分に対する感度
とは大きさにおいて異なる特定の成分に対して感度（単
位：出力／濃度）を示す。
２つの成分の混合物におけるセンサの応答は、理想的
には、個々の成分の応答（例えば、電圧）の単なる総和
であるべきである。この線形的なケースにおいて、結果
は、「量的分析：理論と実際,Harper and Row,New York
1987,Chapter 13」における化学的分析のためにL.W.Po
ttsにより教示されたマトリックス代数に基づくような
分析アルゴリズムを用いて、従来から解くことが可能で
ある。
には、個々の成分の応答（例えば、電圧）の単なる総和
であるべきである。この線形的なケースにおいて、結果
は、「量的分析：理論と実際,Harper and Row,New York
1987,Chapter 13」における化学的分析のためにL.W.Po
ttsにより教示されたマトリックス代数に基づくような
分析アルゴリズムを用いて、従来から解くことが可能で
ある。
化学的に感じる電界効果トランジスタ（CHEMFETs）
が、液体やガス状の環境中の特定の成分の検出のために
開発されている。このCHEMFETsは、Jonsonらに付与され
た米国特許第4,020,830号明細書及びKoshiishiに付与さ
れた米国特許第4,305,802号明細書に開示されたイオン
感度CHEMFETsなどである。
が、液体やガス状の環境中の特定の成分の検出のために
開発されている。このCHEMFETsは、Jonsonらに付与され
た米国特許第4,020,830号明細書及びKoshiishiに付与さ
れた米国特許第4,305,802号明細書に開示されたイオン
感度CHEMFETsなどである。
ガス状態中の成分の濃度を測定する他のタイプのCHEM
FETsが製作された。このCHEMFETsは、例えば、Lilly,J
r.らに付与された米国特許第3,719,564号明細書、Shima
daらに付与された米国特許第4,218,298号明細書及び同
第4,354,308号明細書に開示された装置、及び、Jiri Ja
nataに付与された米国特許明細書第4,411,741号明細書
及び同第4,514,263号明細書に開示された吊るされたケ
ード電界効果トランジスタ（SGFETS）である。これらの
装置は、それらの多重接合及び拡散領域のために、製造
上比較的に複雑になり高コストとなる。
FETsが製作された。このCHEMFETsは、例えば、Lilly,J
r.らに付与された米国特許第3,719,564号明細書、Shima
daらに付与された米国特許第4,218,298号明細書及び同
第4,354,308号明細書に開示された装置、及び、Jiri Ja
nataに付与された米国特許明細書第4,411,741号明細書
及び同第4,514,263号明細書に開示された吊るされたケ
ード電界効果トランジスタ（SGFETS）である。これらの
装置は、それらの多重接合及び拡散領域のために、製造
上比較的に複雑になり高コストとなる。
一般的なCHEMFETs及び特定のSGFETSは、特定の成分の
組み合わせの検出、又は他の潜在的に干渉する化学の種
が存在する下での特定の成分の検出に、適さない。異な
る成分に対する感度を持つ別々のSGFETSの組み合わせが
提案され、このような問題点を取り組み努力がなされて
いる。例えば、Senturiaに付与された米国特許第4,368,
4810号明細書には、オン・オフ・デユーティー・サイク
ルを変化させて論理要素を提供する多重化CHEMFETsが開
示されている。しかしながら、このような組み合わせ
は、個々のセンサを製作するよりもより困難であり高コ
ストとなる。
組み合わせの検出、又は他の潜在的に干渉する化学の種
が存在する下での特定の成分の検出に、適さない。異な
る成分に対する感度を持つ別々のSGFETSの組み合わせが
提案され、このような問題点を取り組み努力がなされて
いる。例えば、Senturiaに付与された米国特許第4,368,
4810号明細書には、オン・オフ・デユーティー・サイク
ルを変化させて論理要素を提供する多重化CHEMFETsが開
示されている。しかしながら、このような組み合わせ
は、個々のセンサを製作するよりもより困難であり高コ
ストとなる。
MISダイオードの電荷記憶を用いて流体濃度を検出す
る装置と方法が、Pykeに付与された米国特許第4,947,10
4号明細書に開示されている。MISセンサは、ガスがその
メタル電極の表面に吸収されたとき、メタル電極の動作
機能における変化を検出してそれを増幅する。水素検出
用のパラジウムメタル電極を備えたMISセンサが、M.S.S
hiveramanらによる「Electron Lett.,12,483（1976）」
及びZ.Liらによる「IEEE/IEDM−85,125（1985）」に記
載されている。メタン及び一酸化炭素の検出用のNtとPt
の電極を備えたMISセンサが、T.L.Poteatらによる「J.E
lectron.Matl.,12,181（1983）」により報告されてい
る。
る装置と方法が、Pykeに付与された米国特許第4,947,10
4号明細書に開示されている。MISセンサは、ガスがその
メタル電極の表面に吸収されたとき、メタル電極の動作
機能における変化を検出してそれを増幅する。水素検出
用のパラジウムメタル電極を備えたMISセンサが、M.S.S
hiveramanらによる「Electron Lett.,12,483（1976）」
及びZ.Liらによる「IEEE/IEDM−85,125（1985）」に記
載されている。メタン及び一酸化炭素の検出用のNtとPt
の電極を備えたMISセンサが、T.L.Poteatらによる「J.E
lectron.Matl.,12,181（1983）」により報告されてい
る。
水素検出用のパラジウム電極を備えたMISトンネル接
合が、R.C.Hughesらの「J.Appl.Phys.62（３）,1 Augus
t 1987（pp 1074−1083）」に報告されているように、
開発された。逆電流が測定可能なほど十分に薄い酸化物
層を備えたセンサを逆バイアスで作動させることによ
り、このセンサは、水素に対してより大きな感度を有す
る。この例において、動作機能の変化は、メタル絶縁体
表面のPd−Ｈダイポールの層及び水素を吸収したメタル
成分における変化に基づく。
合が、R.C.Hughesらの「J.Appl.Phys.62（３）,1 Augus
t 1987（pp 1074−1083）」に報告されているように、
開発された。逆電流が測定可能なほど十分に薄い酸化物
層を備えたセンサを逆バイアスで作動させることによ
り、このセンサは、水素に対してより大きな感度を有す
る。この例において、動作機能の変化は、メタル絶縁体
表面のPd−Ｈダイポールの層及び水素を吸収したメタル
成分における変化に基づく。
このため、混合物内の特定のガスを検出して分析する
ための方法と装置が望まれている。さらに、鉱物油内の
キーとなる障害ガスの存在を示し、それらの発生速度を
予報し、サブステーションのオペレータに警報するため
の方法と装置を提供することが望まれている。
ための方法と装置が望まれている。さらに、鉱物油内の
キーとなる障害ガスの存在を示し、それらの発生速度を
予報し、サブステーションのオペレータに警報するため
の方法と装置を提供することが望まれている。
発明の開示 本発明は、流体中の成分を検出するためにパラジウム
と銅の合金を含む電極を有するMISダイオード・センサ
を提供する。
と銅の合金を含む電極を有するMISダイオード・センサ
を提供する。
更に、本発明は、プラチナ、プラチナと錫の合金、パ
ラジウムと銀の合金、パラジウムと銅の合金、パラジウ
ムとクロムの合金、ニッケルとクロムの合金、クロム、
及びそれらの混合物からなるグループから選択された成
分を含む電極を有し、アセチレンを検出するMISダイオ
ード・センサを提供する。
ラジウムと銀の合金、パラジウムと銅の合金、パラジウ
ムとクロムの合金、ニッケルとクロムの合金、クロム、
及びそれらの混合物からなるグループから選択された成
分を含む電極を有し、アセチレンを検出するMISダイオ
ード・センサを提供する。
本発明は、混合物内の少なくとも２つの選ばれた流体
を検出して分析する装置であって、この装置が少なくと
も２つのMISダイオード・センサのアレイを有し、これ
らの少なくとも２つのセンサが、少なくとも第１の流体
に対して混合物内でより高い感度を持つと共に少なくと
も第２の流体に対して混合物内でより低い感度を持つ第
１の電極を備えた第１のメタル絶縁半導体ダイオード・
センサと、及び、少なくとも第２の流体に対して混合物
内でより高い感度を持つと共に少なくとも第１の流体に
対して混合物内でより低い感度を持つ第２の電極を備え
た第２のメタル絶縁半導体ダイオード・センサと、を含
む装置を提供する。この第１の電極は、少なくとも第１
の流体の濃度に比例する動作機能を有し、対応するフラ
ット・バンド電圧を生成する。この第２の電極は、少な
くとも第２の流体の濃度に比例する動作機能を有し、対
応するフラット・バンド電圧を生成する。この装置は、
更に、各センサのフラット・バンド電圧の大きさを決定
する回路と、少なくとも第１の流体の濃度を計算するプ
ロセッサを有する。
を検出して分析する装置であって、この装置が少なくと
も２つのMISダイオード・センサのアレイを有し、これ
らの少なくとも２つのセンサが、少なくとも第１の流体
に対して混合物内でより高い感度を持つと共に少なくと
も第２の流体に対して混合物内でより低い感度を持つ第
１の電極を備えた第１のメタル絶縁半導体ダイオード・
センサと、及び、少なくとも第２の流体に対して混合物
内でより高い感度を持つと共に少なくとも第１の流体に
対して混合物内でより低い感度を持つ第２の電極を備え
た第２のメタル絶縁半導体ダイオード・センサと、を含
む装置を提供する。この第１の電極は、少なくとも第１
の流体の濃度に比例する動作機能を有し、対応するフラ
ット・バンド電圧を生成する。この第２の電極は、少な
くとも第２の流体の濃度に比例する動作機能を有し、対
応するフラット・バンド電圧を生成する。この装置は、
更に、各センサのフラット・バンド電圧の大きさを決定
する回路と、少なくとも第１の流体の濃度を計算するプ
ロセッサを有する。
本発明は、電気変圧器の障害を示す装置であって、こ
の装置が、少なくとも第１、第２及び第３のメタル絶縁
半導体ダイオード・センサのアレイを有し、第１のセン
サがプラチナを含む電極を有し、第２のセンサがパラジ
ウムと銅との合金を含む電極を有し、及び第３のセンサ
がパラジウムと銀との合金を含む電極を有する装置を提
供する。この装置は、更に、センサの少なくとも１つが
感じる障害ガスの濃度の存在に応じて各センサのフラッ
ト・バンド電圧の大きさを決定する回路と、障害ガスの
濃度を計算するプロセッサを有する。
の装置が、少なくとも第１、第２及び第３のメタル絶縁
半導体ダイオード・センサのアレイを有し、第１のセン
サがプラチナを含む電極を有し、第２のセンサがパラジ
ウムと銅との合金を含む電極を有し、及び第３のセンサ
がパラジウムと銀との合金を含む電極を有する装置を提
供する。この装置は、更に、センサの少なくとも１つが
感じる障害ガスの濃度の存在に応じて各センサのフラッ
ト・バンド電圧の大きさを決定する回路と、障害ガスの
濃度を計算するプロセッサを有する。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施形態によるメタル絶縁半導体
ダイオードを示す正面図である。
ダイオードを示す正面図である。
図1Aは、本発明の他の実施形態によるメタル絶縁半導
体ダイオードを示す正面図である。
体ダイオードを示す正面図である。
図２は、本発明の実施形態によるメタル絶縁半導体ダ
イオードのアレイの一部及び対応する回路を示す平面図
である。
イオードのアレイの一部及び対応する回路を示す平面図
である。
図３は、鉱物油内のプラチナ電極MISセンサの水素に
対する反応をグラフ表示である。
対する反応をグラフ表示である。
発明の実施の形態 本発明の装置は、少なくとも１つの選択された電気活
性ガスのような流体の濃度をモニターする装置であり，
メタル絶縁半導体ダイオード・センサを有している。こ
のメタル絶縁半導体ダイオード・センサは、選択された
流体の濃度に比例する動作機能を備え、さらに、フラッ
トバンド電圧（Vfb）がこの動作機能に比例して変化す
る。フラットバンド電圧（Vfb）の変化の大きさを判定
するための回路が設けられており、このフラットバンド
電圧（Vfb）の変化の大きさから選択された流体の濃度
が計算される。
性ガスのような流体の濃度をモニターする装置であり，
メタル絶縁半導体ダイオード・センサを有している。こ
のメタル絶縁半導体ダイオード・センサは、選択された
流体の濃度に比例する動作機能を備え、さらに、フラッ
トバンド電圧（Vfb）がこの動作機能に比例して変化す
る。フラットバンド電圧（Vfb）の変化の大きさを判定
するための回路が設けられており、このフラットバンド
電圧（Vfb）の変化の大きさから選択された流体の濃度
が計算される。
本発明の装置は、全体が符号10で示され、少なくとも
１つの選択された液体又は気体状の流体の濃度をモニタ
ーするための方法を実施する。装置10を、以下におい
て、メタル絶縁半導体（MIS）ダイオードと呼ぶ。
１つの選択された液体又は気体状の流体の濃度をモニタ
ーするための方法を実施する。装置10を、以下におい
て、メタル絶縁半導体（MIS）ダイオードと呼ぶ。
このMISダイオード10は、ｐ又はｎ型のドープ特性を
有する半導体基板11、この基板11を覆う二酸化けい素及
び／又は窒化けい素などの誘電体即ち絶縁体の層12、及
び、基板11に対向する絶縁対層12の表面に適用される犠
牲層13,14により形成することができる。これらの犠牲
層13,14は、アルミニウム及びタングステン／チタンの
薄膜フィルムのような一時的なメタリック材料、又は、
タングステン、ガラス若しくは有機材料のような他の従
来の犠牲材料から、それぞれを形成することが可能であ
る。これらの一時的な犠牲層13及び薄膜の犠牲層14は、
エッチングされ、またエンチングされない場合には、キ
ャビティー16を提供するように形成される。このキャビ
ティー16内には、選択された流体が、吊るされた触媒電
極15の複数の孔17を通過して流入する。使用の際には、
電気活性ガスのような選択された流体が、電極上に吸着
し、これにより、フラットバンド電圧の変化が引き起こ
される。
有する半導体基板11、この基板11を覆う二酸化けい素及
び／又は窒化けい素などの誘電体即ち絶縁体の層12、及
び、基板11に対向する絶縁対層12の表面に適用される犠
牲層13,14により形成することができる。これらの犠牲
層13,14は、アルミニウム及びタングステン／チタンの
薄膜フィルムのような一時的なメタリック材料、又は、
タングステン、ガラス若しくは有機材料のような他の従
来の犠牲材料から、それぞれを形成することが可能であ
る。これらの一時的な犠牲層13及び薄膜の犠牲層14は、
エッチングされ、またエンチングされない場合には、キ
ャビティー16を提供するように形成される。このキャビ
ティー16内には、選択された流体が、吊るされた触媒電
極15の複数の孔17を通過して流入する。使用の際には、
電気活性ガスのような選択された流体が、電極上に吸着
し、これにより、フラットバンド電圧の変化が引き起こ
される。
基板11は、ヒ化ガリウム（gallium arsenide）、イン
ジウムリン化物（indium phosphite）又は二酸化チタン
（titanium dioxide）のような半導体を含むものであっ
てもよい。また、絶縁体層12は、アルミナ、シリコン窒
化物又はアルミニウム窒化物を含んでもよい。更に、他
の実施の形態を図1Aにより説明する。
ジウムリン化物（indium phosphite）又は二酸化チタン
（titanium dioxide）のような半導体を含むものであっ
てもよい。また、絶縁体層12は、アルミナ、シリコン窒
化物又はアルミニウム窒化物を含んでもよい。更に、他
の実施の形態を図1Aにより説明する。
より大きな不感受性、冗長性、又は他の潜在的に邪魔
をする化学物質が存在する中から特定の成分の組み合わ
せ又は特定の成分を検出する能力が必要な場合には、混
合物の各成分に対するVfbへの貢献を判定するための適
当な回路と共にアレイ内に複数のMISダイオードを一体
的に形成することが好ましい。
をする化学物質が存在する中から特定の成分の組み合わ
せ又は特定の成分を検出する能力が必要な場合には、混
合物の各成分に対するVfbへの貢献を判定するための適
当な回路と共にアレイ内に複数のMISダイオードを一体
的に形成することが好ましい。
複数のメタル絶縁半導体ダイオードを各成分濃度をそ
の後に計算するマイクロプロセッサに接続するようにし
てもよい。ここで、複数のメタル絶縁半導体ダイオード
の各々の動作機能は、選択された流体成分濃度の各々に
対して種々に比例し、それらのVfbは濃度に比例する。
の後に計算するマイクロプロセッサに接続するようにし
てもよい。ここで、複数のメタル絶縁半導体ダイオード
の各々の動作機能は、選択された流体成分濃度の各々に
対して種々に比例し、それらのVfbは濃度に比例する。
図２に示すように、アレイ30の一部を形成する各MIS
ダイオード10は、ワイヤ導体34により、A/D変換のため
のアナログ回路31に電気的に接続されている。このアレ
イ30は、温度を制御し且つ電気絶縁を提供するアルミナ
基板40上にマウントされたものでもよい。流体濃度は、
モトローラ社のHC11マイクロプロセッサのようなマイク
ロプロセッサ33内にインストールされたマトリックスベ
ースのアルゴリズムを使用して、電気通路32を通ってリ
レーされるデジタル信号から計算される。リアルタイム
のガス濃度が、液晶表示装置（LCD）35のような表示装
置により通信され、及び／又は、モデム37のような遠隔
地からのアクセスのためのファイバー光結合36であるRS
232を介して利用可能となっている。各MISダイオード10
は、望ましい流体に対して感度の良い電極材料を含むも
のであってもよい。
ダイオード10は、ワイヤ導体34により、A/D変換のため
のアナログ回路31に電気的に接続されている。このアレ
イ30は、温度を制御し且つ電気絶縁を提供するアルミナ
基板40上にマウントされたものでもよい。流体濃度は、
モトローラ社のHC11マイクロプロセッサのようなマイク
ロプロセッサ33内にインストールされたマトリックスベ
ースのアルゴリズムを使用して、電気通路32を通ってリ
レーされるデジタル信号から計算される。リアルタイム
のガス濃度が、液晶表示装置（LCD）35のような表示装
置により通信され、及び／又は、モデム37のような遠隔
地からのアクセスのためのファイバー光結合36であるRS
232を介して利用可能となっている。各MISダイオード10
は、望ましい流体に対して感度の良い電極材料を含むも
のであってもよい。
ここで注意すべきことは、ここで述べられているMIS
ダイオード・センサは、ガス相内又は鉱物油などの液体
中に浸された状態のいずれにおいても、動作可能であ
り、さらに、動作のための電解液又は酸素を必要として
いない。
ダイオード・センサは、ガス相内又は鉱物油などの液体
中に浸された状態のいずれにおいても、動作可能であ
り、さらに、動作のための電解液又は酸素を必要として
いない。
本発明の一実施形態においては、吊るされた電極15の
成分は、成分流体への応答、障害のあるガス、変圧器の
状態の表示において、選択的に設定される。本発明の好
ましい実施形態においては、電極成分の組み合わせが、
関係する複数のMISダイオードのアレー内で利用され、
この結果、より高い信頼性でガスの各々を測定できる。
これは、流体混合物である油中の１以上の成分流体又は
障害のあるガスに対する感度を変化させたことを示す電
極の成分に基づいている。電極の成分の各々が特定の成
分流体又はガスにのみ反応する（感度を有する）場合に
は、測定の信頼性は、各個別のセンサにのみ基づく。異
なる電極成分を備えたMISセンサ類が１つのアレー内で
使用されたときには、各センサを、他のセンサのチェッ
ク用に使用することが可能である。
成分は、成分流体への応答、障害のあるガス、変圧器の
状態の表示において、選択的に設定される。本発明の好
ましい実施形態においては、電極成分の組み合わせが、
関係する複数のMISダイオードのアレー内で利用され、
この結果、より高い信頼性でガスの各々を測定できる。
これは、流体混合物である油中の１以上の成分流体又は
障害のあるガスに対する感度を変化させたことを示す電
極の成分に基づいている。電極の成分の各々が特定の成
分流体又はガスにのみ反応する（感度を有する）場合に
は、測定の信頼性は、各個別のセンサにのみ基づく。異
なる電極成分を備えたMISセンサ類が１つのアレー内で
使用されたときには、各センサを、他のセンサのチェッ
ク用に使用することが可能である。
本発明の好ましい実施形態においては、変圧器の個々
の障害及びそれらに対応する症候を示すガスのために選
択されたMISダイオード・センサの電極成分、特に、ア
レー内での使用に好ましものを、表１に示す。これらの
センサ電極成分は、浸透した炭化水素、二酸化炭素又は
窒素により影響を受けることなく、さらに、変圧器の鉱
物油に応答することもない。
の障害及びそれらに対応する症候を示すガスのために選
択されたMISダイオード・センサの電極成分、特に、ア
レー内での使用に好ましものを、表１に示す。これらの
センサ電極成分は、浸透した炭化水素、二酸化炭素又は
窒素により影響を受けることなく、さらに、変圧器の鉱
物油に応答することもない。
目標となる主な障害のガスのための上記の成分を含む
電極を備えたマイクロエレクトロニクスのMISダイオー
ド・センサ類の製作と試験について、以下に述べる。
電極を備えたマイクロエレクトロニクスのMISダイオー
ド・センサ類の製作と試験について、以下に述べる。
製作 図1Aに示された構造を有する他の実施形態であるMIS
ダイオードは、以下のようにして製作された。センサの
ウエハの製作工程は、ｐ型シリコン基板11から開始され
た。基板11をHF内でクリーニングし、さらに、300Åの
シリコン酸化物絶縁層12を、高温の下でO2/N2内で成長
させた。別の電界酸化物とゲート酸化物の領域を、形成
して、必要であれば、電極の下のシリコンのコラムを離
隔させることにより、ノイズを減少させるようにしても
よい。
ダイオードは、以下のようにして製作された。センサの
ウエハの製作工程は、ｐ型シリコン基板11から開始され
た。基板11をHF内でクリーニングし、さらに、300Åの
シリコン酸化物絶縁層12を、高温の下でO2/N2内で成長
させた。別の電界酸化物とゲート酸化物の領域を、形成
して、必要であれば、電極の下のシリコンのコラムを離
隔させることにより、ノイズを減少させるようにしても
よい。
Si3N4の300Åの離隔層18を低圧気相成長法（LPCVD）
プロセスにより酸化物上に堆積させた。除去可能なホト
レジストを堆積させ、露光させ、さらに、現像した。チ
タン・タングステン合金（400Å）の犠牲層13を窒化け
い素の絶縁層18上にスパッタリングし、堆積した貴金属
の電極15の接着用の満足すべき接合面を形成した。この
ホトレジストを溶解させ、不要な電極材料を除去すると
共に電極15と孔17のパターンを溶解させた。
プロセスにより酸化物上に堆積させた。除去可能なホト
レジストを堆積させ、露光させ、さらに、現像した。チ
タン・タングステン合金（400Å）の犠牲層13を窒化け
い素の絶縁層18上にスパッタリングし、堆積した貴金属
の電極15の接着用の満足すべき接合面を形成した。この
ホトレジストを溶解させ、不要な電極材料を除去すると
共に電極15と孔17のパターンを溶解させた。
室温で５〜10分間pH9.5〜10.5のEDTA1リットル当たり
0.1モルの溶媒中でウエハをエッチングした。このエッ
チングにより、Tiwが取り除かれキャビティー16が形成
される。このプロセスにより、完全にはエッチングされ
ていないメタルコラムを使用して、窒化物層への接着を
達成した。
0.1モルの溶媒中でウエハをエッチングした。このエッ
チングにより、Tiwが取り除かれキャビティー16が形成
される。このプロセスにより、完全にはエッチングされ
ていないメタルコラムを使用して、窒化物層への接着を
達成した。
エンチングされたウエハをのこぎりで切断して切り離
す。個々のセンサ用のダイを固定し、シルバーエポキシ
のヘッダに電気的に接触させた。
す。個々のセンサ用のダイを固定し、シルバーエポキシ
のヘッダに電気的に接触させた。
他の実施形態では、アルミニウムをTiwの代わりに利
用できる。この実施形態では、PNA（1,600mlのH2Oと、1
00mlの燐酸と、100mlの硝酸と、100mlの酢酸とからな
り、水と25:1で希釈された希釈溶液）におけるエッチン
グプロセスにより、電極の下からアルミニウムを取り除
く。
用できる。この実施形態では、PNA（1,600mlのH2Oと、1
00mlの燐酸と、100mlの硝酸と、100mlの酢酸とからな
り、水と25:1で希釈された希釈溶液）におけるエッチン
グプロセスにより、電極の下からアルミニウムを取り除
く。
実施例１ 電極へ試験ガスを導入するために、自動化された蒸気
希釈及び送出システム（VG7000,Microsensor System,In
c.）を使用した。このシステムは、窒素（AIRCO Specia
l Gases;Division of BOC,Inc.）中で希釈された分析さ
れるべき目標ガス源と純粋窒素との間を切り換えるよう
にプログラムされていた。センサ類を環境チャンバー
（Ransco 900 series,Despatch,Inc.）内で50℃〜100℃
の間で試験した。環境チャンバー内では、センサ類（on
TO−8 headers）をベスペル（DuPont社の登録商標）試
験用掴み具に少ない死体積（dead volume）で押しつけ
た。供給ガスの温度設定は、センサ類にさらす前、環境
チャンバー内の１メートルの長さで1/4インチの直径の
銅のコイルにガスを流すことにより達成した。
希釈及び送出システム（VG7000,Microsensor System,In
c.）を使用した。このシステムは、窒素（AIRCO Specia
l Gases;Division of BOC,Inc.）中で希釈された分析さ
れるべき目標ガス源と純粋窒素との間を切り換えるよう
にプログラムされていた。センサ類を環境チャンバー
（Ransco 900 series,Despatch,Inc.）内で50℃〜100℃
の間で試験した。環境チャンバー内では、センサ類（on
TO−8 headers）をベスペル（DuPont社の登録商標）試
験用掴み具に少ない死体積（dead volume）で押しつけ
た。供給ガスの温度設定は、センサ類にさらす前、環境
チャンバー内の１メートルの長さで1/4インチの直径の
銅のコイルにガスを流すことにより達成した。
プラチナ（Pt）の電極成分を持つマイクロエレクトロ
ニクスのMISダイオード・センサを鉱物油により被覆
し、順番に水素（H2）、アセチレン（C2H2）、エチレン
（C2H4）、及び、チッソ（N2）キャリアガス中の一酸化
炭素（CO）にさらした。このセンサのテストにより、Pt
電極は、H2、C2H2及びC2H4に反応し、さらに重要な事項
であるが、Pt電極センサにより発せられた信号がこれら
の３つのガスを一酸化炭素（CO）から明確に識別するこ
とが判明した。
ニクスのMISダイオード・センサを鉱物油により被覆
し、順番に水素（H2）、アセチレン（C2H2）、エチレン
（C2H4）、及び、チッソ（N2）キャリアガス中の一酸化
炭素（CO）にさらした。このセンサのテストにより、Pt
電極は、H2、C2H2及びC2H4に反応し、さらに重要な事項
であるが、Pt電極センサにより発せられた信号がこれら
の３つのガスを一酸化炭素（CO）から明確に識別するこ
とが判明した。
吊るされた触媒電極の各々の感度（ボルト/ppm）を、
センサ類の各々を濃度を増大させたキーとなるガスの各
々にさらすことにより決定した。典型的な実験において
は、濃度を、窒素のバックグラウンドで15分から１時間
の間1ppmに保持した。温度は一定に保持した。センサ
は、一定濃度で平衡に達することでき、その平衡に達し
た時間の間、電圧出力を記録した。濃度を大きくして、
実験を繰り返した行った。このようにして、濃度が、キ
ーとなるガスの分析に興味のある領域を越えて、濃度
（ppm）の対数でリニアになることが証明された。
センサ類の各々を濃度を増大させたキーとなるガスの各
々にさらすことにより決定した。典型的な実験において
は、濃度を、窒素のバックグラウンドで15分から１時間
の間1ppmに保持した。温度は一定に保持した。センサ
は、一定濃度で平衡に達することでき、その平衡に達し
た時間の間、電圧出力を記録した。濃度を大きくして、
実験を繰り返した行った。このようにして、濃度が、キ
ーとなるガスの分析に興味のある領域を越えて、濃度
（ppm）の対数でリニアになることが証明された。
アセチレン又はエチレンを検出するために使用される
MISセンサ電極を、電極表面から吸収された酸素を取り
除くために、空気又は空気にさらした後、水素又は同様
の還元体にさらすことが好ましい。約1ppm・１時間のド
ーズ速度で水素へさらすことが、吸収された酸素と反応
して水とするために十分であることを見出した。なお、
この水は、その後、電極金属表面から脱着された。
MISセンサ電極を、電極表面から吸収された酸素を取り
除くために、空気又は空気にさらした後、水素又は同様
の還元体にさらすことが好ましい。約1ppm・１時間のド
ーズ速度で水素へさらすことが、吸収された酸素と反応
して水とするために十分であることを見出した。なお、
この水は、その後、電極金属表面から脱着された。
60℃でキーとなるガスに反応するプラチナの場合、水
素の感度が、アセチレン又はエチレンのいずれに対する
感度よりも2.5倍大きく、さらに、興味ある濃度領域の
一酸化炭素に対する感度よりも少なくとも10倍大きい。
プラチナ電極MISセンサの３つの異なる濃度に対する感
度の例を図３のグラフに示す。
素の感度が、アセチレン又はエチレンのいずれに対する
感度よりも2.5倍大きく、さらに、興味ある濃度領域の
一酸化炭素に対する感度よりも少なくとも10倍大きい。
プラチナ電極MISセンサの３つの異なる濃度に対する感
度の例を図３のグラフに示す。
Pt電極センサ類の種々の目標ガスに対する選択性と感
度の比較を以下の表２に示す。出力の大きさと符号にお
ける結果が、電極の成分結合に対する強度と極性とに比
例すると理論化する。
度の比較を以下の表２に示す。出力の大きさと符号にお
ける結果が、電極の成分結合に対する強度と極性とに比
例すると理論化する。
表２ 目標ガス プラチナMIS 水素 100 一酸化炭素 ＜10 アセチレン 40 エチレン 40 異なる成分の電極を備えた４個以上のセンサ類を用い
た場合、種々のキーとなるガスに対する感度が、上述し
た分析アルゴリズムにおける組み合わせにおいて、キー
となるガスの各々の成分が計算できるように、変化する
ことが見出された。一例として、線形方程式のシステム
が濃度を計算するために使用可能である。好適な実施例
においては、感度のマトリックスの構成を実験的に求め
られた常数と組み合わせて、濃度を計算する。また、種
々の感度のMISセンサ即ち吊るされた触媒電極を持つCHE
MFETSの入力値から濃度を計算するために、他の構成の
アルゴリズムを用いることも可能である。
た場合、種々のキーとなるガスに対する感度が、上述し
た分析アルゴリズムにおける組み合わせにおいて、キー
となるガスの各々の成分が計算できるように、変化する
ことが見出された。一例として、線形方程式のシステム
が濃度を計算するために使用可能である。好適な実施例
においては、感度のマトリックスの構成を実験的に求め
られた常数と組み合わせて、濃度を計算する。また、種
々の感度のMISセンサ即ち吊るされた触媒電極を持つCHE
MFETSの入力値から濃度を計算するために、他の構成の
アルゴリズムを用いることも可能である。
実施例２ 電極成分がパラジウムと銅（Pd/Cu）との合金（約50
原子パーセント）であるマイクロエレクトロニクスのMI
Sダイオードセンサにおいて、窒素中の2000ppmのレベル
の一酸化炭素（CO）に対するそのセンサの反応を試験し
た。このPd/Cu電極センサは、その一酸化炭素濃度に反
応し、100℃で800ミリボルト（mV）を出力した。
原子パーセント）であるマイクロエレクトロニクスのMI
Sダイオードセンサにおいて、窒素中の2000ppmのレベル
の一酸化炭素（CO）に対するそのセンサの反応を試験し
た。このPd/Cu電極センサは、その一酸化炭素濃度に反
応し、100℃で800ミリボルト（mV）を出力した。
このPd/Cu電極センサにおいて、発明者らは、水素に
対する感度が一酸化炭素に対する感度の10％未満である
ことを見出した。このPd/Cu電極センサは、このように
ようにして、H2を含む混合物中のCOを認識しその量を表
すために必要な感度を示した。このPd/Cu電極センサ
は、他のキーとなる障害ガスに対する以上の感度で一酸
化炭素と反応した。
対する感度が一酸化炭素に対する感度の10％未満である
ことを見出した。このPd/Cu電極センサは、このように
ようにして、H2を含む混合物中のCOを認識しその量を表
すために必要な感度を示した。このPd/Cu電極センサ
は、他のキーとなる障害ガスに対する以上の感度で一酸
化炭素と反応した。
このPd/Cu電極センサは、水素、一酸化炭素、及びエ
チレンやアセチレン不飽和ガス状炭化水素と、異なる感
度ではあるが、反応することを示した。このようなPd/C
u電極センサを、システム内のこれらのあらゆる流体の
ための検出器として利用可能である。ここで、システム
としては、他のリストアップされた反応を引き起こす流
体が存在するうなもの、若しくは、他の流体の存在や濃
度が、別のセンサを（基準として）使用して、検出可能
で且つ計算可能であるようなものがある。銅に対するパ
ラジウムの原子比は、1Pd:3Cuと3Pd:1Cuの間にあること
が好ましい。
チレンやアセチレン不飽和ガス状炭化水素と、異なる感
度ではあるが、反応することを示した。このようなPd/C
u電極センサを、システム内のこれらのあらゆる流体の
ための検出器として利用可能である。ここで、システム
としては、他のリストアップされた反応を引き起こす流
体が存在するうなもの、若しくは、他の流体の存在や濃
度が、別のセンサを（基準として）使用して、検出可能
で且つ計算可能であるようなものがある。銅に対するパ
ラジウムの原子比は、1Pd:3Cuと3Pd:1Cuの間にあること
が好ましい。
実施例３ 電極成分がパラジウムと銀（Pd/Ag）の約25原子パー
セントの合金であるマイクロエレクトロニクスのMISダ
イオードセンサにおいて、目標の障害ガスに対する反応
を試験した。60℃におけるキーとなるガスに対するPd/A
g電極センサの試験において、水素に対する感度が、ア
セチレンに対する感度より約1.2倍より大きく、エチレ
ンに対する感度よりも約1.4倍より大きく、さらに、興
味のある濃度領域における一酸化炭素に対する感度より
も少なくとも10倍大きかった。
セントの合金であるマイクロエレクトロニクスのMISダ
イオードセンサにおいて、目標の障害ガスに対する反応
を試験した。60℃におけるキーとなるガスに対するPd/A
g電極センサの試験において、水素に対する感度が、ア
セチレンに対する感度より約1.2倍より大きく、エチレ
ンに対する感度よりも約1.4倍より大きく、さらに、興
味のある濃度領域における一酸化炭素に対する感度より
も少なくとも10倍大きかった。
他の実施形態 電気変圧器の障害ガスのために、以下の領域における
キーとなるガスの濃度を、反応を決定する種々のMIS電
極成分を用いて試験した。
キーとなるガスの濃度を、反応を決定する種々のMIS電
極成分を用いて試験した。
水素 ３−3,000ppm アセチレン １−150ppm エチレン ３−300ppm 一酸化炭素 20−2,000ppm 好適な実施形態において、それぞれ表１に示された異
なる電極成分を持つ３個のMISダイオードセンサ類のア
レーを製作した。異なるガスと類似するガスの両者を識
別することによりお互いのために基準値を提供する異な
る電極成分を持つセンサ類を追加して設けているので、
同一のガスに対して異なる感度を有する異なるセンサ類
を用いることにより、選択性の範囲が改良され、さら
に、信頼性が向上する。
なる電極成分を持つ３個のMISダイオードセンサ類のア
レーを製作した。異なるガスと類似するガスの両者を識
別することによりお互いのために基準値を提供する異な
る電極成分を持つセンサ類を追加して設けているので、
同一のガスに対して異なる感度を有する異なるセンサ類
を用いることにより、選択性の範囲が改良され、さら
に、信頼性が向上する。
他のMISダイオード電極の成分は、キーとなる障害ガ
スに対して反応すると共に選択性を有する。これらの電
極の成分を以下の表３に示す 表３ 主ガス 電極成分 C2H4 プラチナ／錫 パラジウム／銀 パラジウム／銅 CO ニッケル／クロム パラジウム／銀 H2 プラチナ パラジウム／ニッケル パラジウム／クロム パラジウム／銅 H2,C2H2 クロム プラチナ／錫 パラジウム／銅 パラジウム／銀 パラジウム／クロム ニッケル／クロム 上述したMISダイオードセンサ類は、プローブ上に取
り付け可能であり、試験される流体のサンプル内に配置
可能である。また、シールされた密封容器内の電気変圧
器用油のような流体の状態を連続的にモニターできるよ
うに取り付けられることが好ましい。電気的に接続され
るトランスジューサーやマイクロプロセッサーは、油か
らの保護及び容易にアクセスできるように密封容器の外
側に取り付け可能である。
スに対して反応すると共に選択性を有する。これらの電
極の成分を以下の表３に示す 表３ 主ガス 電極成分 C2H4 プラチナ／錫 パラジウム／銀 パラジウム／銅 CO ニッケル／クロム パラジウム／銀 H2 プラチナ パラジウム／ニッケル パラジウム／クロム パラジウム／銅 H2,C2H2 クロム プラチナ／錫 パラジウム／銅 パラジウム／銀 パラジウム／クロム ニッケル／クロム 上述したMISダイオードセンサ類は、プローブ上に取
り付け可能であり、試験される流体のサンプル内に配置
可能である。また、シールされた密封容器内の電気変圧
器用油のような流体の状態を連続的にモニターできるよ
うに取り付けられることが好ましい。電気的に接続され
るトランスジューサーやマイクロプロセッサーは、油か
らの保護及び容易にアクセスできるように密封容器の外
側に取り付け可能である。
上述したMISダイオードセンサ類は、化学プロセス供
給物、生成物又は廃汽などのガス即ち流体の混合物内
の、水素、一酸化炭素、エチレンなどのアルケン及びア
セチレンなどのアルキンの濃度を検出して分析するのに
使用することも可能である。
給物、生成物又は廃汽などのガス即ち流体の混合物内
の、水素、一酸化炭素、エチレンなどのアルケン及びア
セチレンなどのアルキンの濃度を検出して分析するのに
使用することも可能である。
本発明は、上記実施形態や実施例に限定されることな
く、種々の変形、修正等が可能である。
く、種々の変形、修正等が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/49
Claims (14)
- 【請求項１】流体中の成分を検出するメタル絶縁半導体
ダイオード・センサであって、このセンサが、パラジウ
ムと銅の合金を含む電極を有するメタル絶縁半導体ダイ
オード。 - 【請求項２】銅に対するパラジウムの原子比が、1Pd:3C
uと3Pd:1Cuの間にある請求項１記載のメタル絶縁半導体
ダイオード・センサ。 - 【請求項３】メタル絶縁半導体ダイオード・センサを用
いて流体中の少なくとも１つの成分を検出する方法であ
って、この少なくとも１つの成分が、一酸化炭素、水
素、アセチレン、エチレン及びこれらの混合物からなる
グルーブから選択される方法において、 請求項１に記載されたセンサを提供する工程と、 上記流体に電極を接触させる工程と、及び 上記流体中の少なくとも１つの成分に対する上記電極の
感度を測定する工程と、を有する方法。 - 【請求項４】混合物内の少なくとも２つの選ばれた流体
を検出して分析する装置であって、この装置が少なくと
も２つのメタル絶縁半導体ダイオード・センサのアレイ
を有し、これらの少なくとも２つのセンサが、 少なくとも第１の流体に対して混合物内でより高い感度
を持つと共に少なくとも第２の流体に対して混合物内で
より低い感度を持つ第１の電極を備えた第１のメタル絶
縁半導体ダイオード・センサと、及び 少なくとも第２の流体に対して混合物内でより高い感度
を持つと共に少なくとも第１の流体に対して混合物内で
より低い感度を持つ第２の電極を備えた第２のメタル絶
縁半導体ダイオード・センサと、 を含む装置。 - 【請求項５】上記第１の電極が、少なくとも上記第１の
流体の濃度に比例する動作機能を有し、対応するフラッ
ト・バンド電圧を生成し、及び、上記第２の電極が、少
なくとも上記第２の流体の濃度に比例する動作機能を有
し、対応するフラット・バンド電圧を生成する請求項４
記載の装置。 - 【請求項６】更に、各センサのフラット・バント電圧の
大きさを決定する回路と、少なくとも上記第１の流体の
濃度を計算するプロセッサと、を有する請求項５記載の
装置。 - 【請求項７】電気変圧器の障害を示す装置であって、こ
の装置が、少なくとも第１、第２及び第３のメタル絶縁
半導体ダイオード・センサのアレイを有し、上記第１の
センサがプラチナを含む電極を有し、上記第２のセンサ
がパラジウムと銅との合金を含む電極を有し、及び上記
第３のセンサがパラジウムと銀との合金を含む電極を有
する装置。 - 【請求項８】更に、上記センサの少なくとも１つが感じ
る障害ガスの濃度の存在に応じて各センサのフラット・
バント電圧の大きさを決定する回路と、上記障害ガスの
濃度を計算するプロセッサと、を有する請求項７記載の
装置。 - 【請求項９】流体を含む電気変圧器の障害を示す装置で
あって、この障害が電気変圧器の流体内のガスの濃度に
より示される装置において、この装置が、（ｉ）一酸化
炭素に対して主に感度を有する電極を備えた第１のメタ
ル絶縁半導体ダイオード・センサと、（ii）水素に対し
て主に感度を有する電極を備えた第２のメタル絶縁半導
体ダイオード・センサと、及び（iii）エチレンとアセ
チレンに対して主に感度を有する電極を備えた第３のメ
タル絶縁半導体ダイオード・センサと、を含むアレイを
有し、これらの第１、第２及び第３のセンサの各電極が
他の電極と異なる成分を有する装置。 - 【請求項１０】上記第１のセンサの電極が、Pd/Cu合
金、Pd/Ag合金及びNi/Cr合金から成るグルーブから選択
され、 上記第２のセンサの電極が、Pt、Pd/Ag合金、Pd/Ni合
金、Pd/Cr合金及びPd/Cu合金から成るグルーブから選択
され、 上記第３のセンサの電極が、Pt、Pt/Sn合金、Pd/Ag合
金、Pd/Cu合金、Cr、Pd/Cr合金及びNi/Cr合金から成る
グルーブから選択される請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】更に、ガスの濃度に応じて各センサのフ
ラット・バント電圧の大きさを決定する回路と、ガスの
濃度を計算するプロセッサと、ガスの濃度を送信するイ
ンジケータと、を有する請求項９記載の装置。 - 【請求項１２】流体中の成分を検出するための電極を有
し、この電極がプラチナと錫の合金を含むメタル絶縁半
導体ダイオード・センサ。 - 【請求項１３】流体を含む電気変圧器の障害を示す装置
であって、この障害が、一酸化炭素、水素、エチレン、
アセチレン及びこれらの混合物から選択される少なくと
も１つの目標ガスの電気変圧器の流体内の濃度により示
され、上記装置は、複数のメタル絶縁半導体ダイオード
センサのアレイを備え、これらのセンサの各々は少なく
とも１つの電極を有し、これらの電極の各々は、Pt、Pd
/Cu合金、Pd/Ag合金、Pd/Ni合金、Ni/Cr合金、Cr、Pd/C
r合金及びPt/Sn合金から成るグループから選択されたメ
タルを有する装置。 - 【請求項１４】更に、上記目標ガスの存在に応じて各セ
ンサのフラット・バント電圧の大きさを決定する回路
と、それぞれの目標ガスの濃度を決定するプロセッサ
と、上記目標ガスの濃度を送信するインジケータと、を
有する請求項13記載の装置。
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