RU1807370C

RU1807370C - Sensitive element of hydrogen sensor

Info

Publication number: RU1807370C
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Мочалов; Виктория Петровна Полякова; Валерий Георгиевич Фадин; Михаил Робертович Громов; Александр Валентинович Татарченко; Наталья Робертовна Рошан; Юрий Александрович Чаплыгин
Original assignee: Московский институт электронной техники
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1993-04-07

Abstract

Назначение: датчик с предложенным чувствительным элементов предназначен дл экспресс-анализа содержани водорода в газовых средах и может быть использован в электронной, химической и др. промыш- ленност х. Сущность изобретени : в чувствительном элементе датчика водорода, включающем сформированную на полупроводниковой подложке МДП-структуру и нагреватель , размещенный на подложке, электрод затвора МДП-структуры выполнен из сортирующего водород сплава состава, мае. %.:.рутений 0,2-7, серебро 15-28, палладий остальное. 1 ил. 1 табл.Purpose: the sensor with the proposed sensitive elements is designed for rapid analysis of the hydrogen content in gaseous media and can be used in electronic, chemical and other industries. SUMMARY OF THE INVENTION: in a sensing element of a hydrogen sensor including a MIS structure formed on a semiconductor substrate and a heater located on the substrate, the gate electrode of the MIS structure is made of a hydrogen-sorting alloy composition, May. %.:. ruthenium 0.2-7, silver 15-28, palladium rest. 1 ill. 1 tab.

Description

Чувствительный элемент предназначен дл экспресс-анализа содержани водорода в газовых средах и может быть использован в электронной, химической, металлургической и др. промышленност х.The sensing element is intended for rapid analysis of the hydrogen content in gaseous media and can be used in electronic, chemical, metallurgical and other industries.

Цель изобретени - повышение чусст- вительности и быстродействи элемента.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and speed of an element.

Поставленна цель достигаетс тем, что в чувствительном элеме-нте датчика водорода , включающем сформированную на полупроводниковой подложке, снабженной нагревателем, структуру металл-диэлектрик - полупроводник, электрод затвора МДП- структуры выполнен из сорбирующего водород сплава паллади , серебра и рутени при следующем соотношении компонентов, мае. %:This goal is achieved in that in the sensitive element of the hydrogen sensor, including the metal-insulator-semiconductor structure formed on a semiconductor substrate equipped with a heater, the gate electrode of the MIS structure is made of a hydrogen-sorbing alloy of palladium, silver and ruthenium in the following ratio of components, May. %:

Ru Ад PdRu Hell Pd

0,2-7 15-28 Остальное0.2-7 15-28 Else

В соответствии с вышеизложенным предлагаетс выполнение электрода-затвора из водородопоглощающего сплава паллади с рутением и серебром с содержанием рутени от 0,2 до 7 % по весу и серебра от 15 до 28 % по весу вследствие его высокой каталитической активности к водороду и водородосодержащим газам. При этом достигаетс высокое быстродействие . Врем насыщени при толщине 0,03 мкм может составл ть 0,05-0,1 с, при температурах 70-100° С и высокой чувствительностью в диапазоне от«10 до 0,1 % обьема водорода в смеси.In accordance with the foregoing, it is proposed that the gate electrode be made of a hydrogen-absorbing palladium alloy with ruthenium and silver with a ruthenium content of 0.2 to 7% by weight and silver from 15 to 28% by weight due to its high catalytic activity to hydrogen and hydrogen-containing gases. In this way, high speed is achieved. The saturation time at a thickness of 0.03 microns can be 0.05-0.1 s, at temperatures of 70-100 ° C and high sensitivity in the range of "10 to 0.1% of the volume of hydrogen in the mixture.

0000

оabout

х| соx | with

х|x |

оabout

Добавка в сплав Pd-Ru серебра позвол ет улучшить адгезию сло электрода затвора к диэлектрику на 15-20 %, существенно повысить надежность чувствительного элемента.The addition of silver to the Pd-Ru alloy makes it possible to improve the adhesion of the gate electrode layer to the dielectric by 15–20%, and to significantly increase the reliability of the sensitive element.

Были изготовлены структуры на подложке из кремни КДБ-10 с электродами из материалов толщиной 0,03-0,05 мкм по технологии , вл ющейс традиционной дл таких структур.Structures were made on a KDB-10 silicon substrate with electrodes made of materials 0.03-0.05 microns thick using the technology traditional for such structures.

В качестве подзатворного диэлектрика использовали SI02 толщиной 0,03 мкм,As a gate dielectric used SI02 thickness of 0.03 μm,

Чувствительный слой-электрод затвора толщиной 0,03-0,05 мкм может быть нанесен на подзатворный диэлектрик SiOa маг- нетронным распылением в вакууме,A sensitive gate electrode layer 0.03-0.05 μm thick can be deposited on a gate gate SiOa dielectric by magnetron sputtering in vacuum,

На чертеже показан пример реализации чувствительного элемента на основе МДП-транзистора.. Он содержит полупроводниковую подложку 1, в которой сформированы области истока 2 и стока 3, затвор, включающий подзатворный диэлектрик 4 и электрод затвора 5, и нагреватель 6.The drawing shows an example implementation of a sensitive element based on an MOS transistor .. It contains a semiconductor substrate 1, in which the regions of a source 2 and a drain 3 are formed, a gate including a gate dielectric 4 and a gate electrode 5, and a heater 6.

Чувствительный элемент работает следующим образом: при наличии водорода в газовой среде измен ютс электрические параметры транзистора - его пороговое напр жение .The sensitive element works as follows: in the presence of hydrogen in the gas medium, the electrical parameters of the transistor change - its threshold voltage.

В зависимости от концентрации поглощенного водорода электродом затвора, пропорционально измен етс и значение порогового напр жени .Depending on the concentration of hydrogen absorbed by the gate electrode, the threshold voltage value also varies proportionally.

Сдвиг порогового напр жени под действием водородного импульса достигает величины 250 мВ.The shift of the threshold voltage under the action of a hydrogen pulse reaches 250 mV.

00

55

00

55

Дл восстановлени работоспособности электрода затвора: необходимо исключить подачу водорода, обеспечива нагрев элемента до 120° С.To restore the efficiency of the gate electrode: it is necessary to exclude the supply of hydrogen, providing heating of the element to 120 ° C.

Данный чувствительный элемент работоспособен в инертных и воздушных смес х и обладает высокой селективностью к водороду .This sensor is operable in inert and air mixtures and has a high selectivity to hydrogen.

Предлагаемое изобретение позвол ет проводить измерение концентрации водорода от 10 до 0,1 % объема в газовой смеси при быстродействии от 0,05-0,1 с, при высокой надежности процесса регистрации водорода .The present invention allows the measurement of hydrogen concentration from 10 to 0.1% of the volume in the gas mixture at a speed of 0.05-0.1 s, with high reliability of the hydrogen registration process.

Claims

The claims

A hydrogen sensor sensitive element, including a metal-insulator-semiconductor structure formed on a semiconductor substrate equipped with a heater, the gate electrode of which is made of an alloy of palladium with silver, characterized in that, in order to increase the sensitivity and speed of the element, the gate electrode is made of an alloy consisting of palladium, silver and ruthenium in the following ratio of components; May. %:

0

Ruthenium Ru Silver Hell Palladium Pd

0.2-7.0; 15-28; Rest.