Интегральный первичный преобразователь концентрации водорода

(51)5 6 Е ИЗО ОПИСАН К АВТОРСКОМ НИ ВУ РВИЧНЫЙ ПРЕ НТРАЦИИ ВОДО ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Научно-исследовательский институт физических проблем им, ф, В,Лукина(72) В.А.Березкин, С.М.Безручко, В.П,Грабчак, Ю.Г,Качуровский и В,И.Мишачев (56) К.Мцгасав 1, Оопд-Вэ Уе, Т, Уававото, птедгатеб 1)убгодеп еаза бетестог цгй а тцппе М 1 Я Яепзог апб ас 1 цатогз, ч 13, 1988, р.315-321.11.цпбзтгов, С.Ячепззоп. Оаз-зепз 1 т 1 че вета дате зевсопбцстог бечсез, и Яо 11 б Ятатез С 1)ев 1 са 1 Яепзогз, )апаса 1 апб НцЬег, 8,1;Епб, асэбев 1 с Ргезз, заец-УогК 1985, сЬар 1.Я.-У.Со 1, К.ТаЬа 1)аз)1, Т,Матзцо Йо ЬИмег 1 огве 1 оп Рб/Р 1 боцЫе Мата дате М 1 ЯРЕТ 1)убгодеп зепзогз 1 ЕЕР Еес 1 гоп беч 1 зе 1 есег, ЧЕ 01:Я, 1 ч. 1, 1984, р.14-15. Изобретение относится к полупроводниковым микроэлектронным датчикам и может быть использовано в качестве первичного преобразователя концентрации водородсодержащих газов в технологических процессах микроэлектронной, химической промышленности и атомней энергетике.. Известен полупроводниковый интегральный первичный преобразователь концентрации водорода, содержащий МДП-.диод с каталитическим палладиевым электродом(чувствительный элемент), резистор диффузионного типа (нагреватель) и диод (датчик температуры), Рабочая температура чувствительного элемента (1200 С) поддерживается 1 с помощью датчика температуры и нагревателя, Прибор работает в циклическом режиме адсорбции водорода(54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОНЦЕРОДА(57) Изобретение относится к полупроводниковым микроэлектронным первичным преобразователям концентрации водород- содержащих газов, используемым в технологических процессах микроэлектронной и химической промышленности, атомной энергетике. Элементы преобразователя выполнены на тонкой консоли, являющейся частью полупроводниковой подложкй (толщиной не менее двух ОПЗ), что обеспечивает стабильность результатов измерений и долговечность в работе, 3 ил,из водородсодержэщего газа и десорбции в кислородсодержащем газе.Недостатком первичного преобразователя является низкая стабильность результатов измерений и малая долговечность, обусловленные вспучиванием и отслаиванием металлического каталитического электродэ вследствие увеличения объема каталитического электрода при десорбции водорода,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является кремниевый первичный преобразователь водорода, содержащий МДП-структуру с палладиевым электродом (чувствительный элемент), два диффузионных резистора (нагреватели) и диод (датчик температуры). Концентрация водорода в подаваемой на первичный преобразователь газовой среде определяетсяпо сдвигу напряжения плоских зон МДПструктуры, приводящему к изменениювольтфарадных (или вольтамперных) характеристик чувствительного элемента,Первичный преобразователь работает 5при температуре 160-200 С. Десорбция водорода осуществляется в кислородной среде.Несмотря на ряд технологических мер,улучшающих адгозию каталитического металла, жесткиеусловия работы чувствитель-ногоэлемента и мехайические напрякения,обусловленнь 1 е различной кОнцентрациейводорода на поверхности и в объеме каталитического металла, приводят к вспучиванию металла после определенного числациклов абсорбции - десорбции водородаЦелью изобретения является увеличение долговечности и стабильности работыпервичного преобразователя концентрации 20водорода.Цель достигается тем, что в интегральном первичном преобразователе концентрации водорода, содержащем МДП-структуру с .палладиевым электродом (чувствительный элемент), диффузионный резистор(нагреватель) и диод (датчик температуры),указанные элементы выполнены. на частиполупроводниковой (и/п) .подложки, которая образует консоль по отношению к и/и 30подложке вне области размещения интегрального первичного преобразователя. Толщина консоли составляет не менее двухтолщин ОПЗ, что обеспечивает возможность создания УДП-структуры, Размещение .первичного преобразователя наконсоли позволяет преобразовать механические напряжения, возникающие в объемепэлладиевого электрода и йа поверхностираздела металл-диэлектрик, в изгиб консоли при воздействии водорода. При этом не-.упругая деформация (отслаивание металла)заменяется упругой деформацией (изгибконсоли), что и обеспечивает стабильностьрезультатов измерений и долговечность работы.На Фиг,1 изображена блок-схема датчика концентрации водорода; нэ.фиг,2 -положение интегрального первичного преобразователя на кристалле, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.Схема Датчика для измерения концентрации водорода в газе (Фиг.1) состоит иэдвух функциональных блоков - блока первичного преобразователя 1 и блока управления и.обработки результатов измерений 2.В состав первичного преобразователя 1входит водородчувствительный элемент (в качестве которого можетбыть использованМДП-конденсатор, МДП-транзистор, диод Шоттки), датчик температуры на п/п диоде и нагреватель, изготовленные стандартными методами микроэлектроники на одной и/п подложке. Элементы первичного преобразователя 1 выполнены на консоли 3, которая изготовлена методом глубокого селективного травления в ии подложке 4,Для приведения датчика в рабочее состояние в блоке управления 2 задается рабочая температу 0 а первичного преобразователя (160-200 С). По этой команде включается нагреватель первичного преобразователя 1, происходит нагрев консоли и поддерканив ее постоянной температуры по показаниям датчика температуры, При поступлении водородсодержащего газа происходит адсорбция водорода на палладиевом электроде, что обусловливает изменение напряжения плоских зон МДП-структуры или изменение ее вольтфэрадных ха-рактеристик. Это изменение поступает в блок обработки данных 2, обрабатывается и инициируется в виде концентрации водорода.Затем следует цикл восстановления палладиевого электрода в кислородсодержэщем газе, Для этого к первичному преобр-, азователюю подается газовая смесь, состоящая из 270 кислорода в инертном газе или азоте. При этом происходит восстановление вольтфарадных характеристик до исходного состояния. Датчик. готов к работе,Размещение первичного преобразова-. теля на консоли позволяет преобразовать механические напряжение, возникающие в объеме палладиевого электрода и на поверхности.раздела металл-диэлектрик, в изгиб консоли при воздействииводорода, При этом неупругая деформация (отслаивание металла) заменяется упругой деформацией (изгиб консоли), что и обеспечивает стабильность результатов измерений и долговечность работы. Формула изобретения Интегральный первичный преобразователь концентрации .водорода, содержащий полупроводниковую подложку с выполненными на ней чувствительной к водороду МДП-структурой с каталитическим электродом из металла платиновой группы, или барьером Йоттки, нагревателем и датчиком температуры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения долговечности и стабильности работы, элементы преобразователя размещены на части подложки, котораявыполнена в виде консоли к остальной части подложки и имеет толщину, равную по крайней мере двум областям пространственного заряда., ул,Гагарина, 10 каз 4510 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5