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新型微型热电式氢气传感器测试

作者:admin  更新时间:2017-07-21
新型微型热电式氢气传感器测试
日本工业技能综合研究所(产综研)宣布了可集成于半导体芯片的微型热电式氢气传感器。检查规模(空气中氢气的浓度)达到了0.5ppm~5%之间。用于氢气站等设备的走漏检查。今后将向有关组织提供传感器样品,力争将其应用于氢气设备中。
    该传感器在热电变换式MEMS元件上构成了以陶瓷支持资料的铂触媒图案。与曩昔的传感器对比,更能发挥铂触媒的功用,因而具有杰出的灵敏度和耐用性。
    因为空气中氢的浓度一旦达4%,就会爆破,因而氢气走漏检查技能需求氢气传感器可以在ppm级到4%这一最低爆破极限浓度规模之间进行高精度检查。可是,曾经的触摸焚烧式和半导体式氢气传感器很难在ppm到百分之几的大规模内进行检查。 
    例如,触摸焚烧式气体传感器依托检查信号传感器的电阻改变进行检查,因而对高浓度区的检查对比有用,但在低浓度区因为灵敏度低,实际上根本无法检查。具体来说,焚烧发热致使温度改变0.01℃时,电阻改变仅为0.004%,实际上无法检查,因而不能当作传感器运用。
    新开发的热电式氢气传感器由热电变换膜及其表面上有些构成的铂触媒膜组成,氢与触媒的发热反应导致的局部温差,运用热电变换膜变换为电压信号。因而,只要运用高功用的热电资料就可得到足以完结检查使命的信号。
    新开发的传感器选用的是催化反应和热电变换功用相结合的作业原理,将元件自身发生的电压变换成信号,不只提高了可检查浓度规模,还不易受到外界温度的影响。选用这种作业原理的氢气传感器在NEDO(新能源工业技能归纳开发组织)展开的工业技能研究扶持项目--“选用热电氧化物的新型氢气传感器的开发”中现已开发成功,但要想开宣布低成本、高灵敏度的传感器,还需求为传感器元件开发小型化与集成技能,以及微加热器技能。
    
    这次开发首要处理了在半导体晶圆上构成热电薄膜、触媒膜、电极、配线及加热器的传感器元件制作技能。一起,还提高了传感器的耐用性,下降了生产成本。作为热电变换元件的关键技能,确立了运用溅射蒸镀法构成SiGe膜以后进行热处理的薄膜成形技能。因为SiGe热电变换资料的热电特性高,十分适合选用半导体技能。为了使触媒不受大气中水蒸汽的影响而稳定地发挥作用,温度要保持在100℃。作为保持触媒温度的加热器集成技能,选用MEMS技能研制出隔热性很高的微加热器。将热电图、微加热器、触媒3个组成要素集成到了尺度约为1×2mm2的薄膜上,制成了尺度为4×4mm2的传感器芯片。
  在以陶瓷为支持资料的铂触媒耐用性实验中,将新开发的微型热电式氢气传感器放置在相对温度约为65%的室温环境中,继续作业了3个月,在此期间对它对100ppm,1000ppm和1%氢气浓度的反应特性进行了测验。成果证实,功用十分稳定。这次选用一般半导体技能,就将微型传感器集成到了硅底板上,因而该公司以为,将来还可集成处理传感器信号的电子线路,因而便于小型化,以及经过量产下降生产成本,有用潜力很大。