- 日本研發(fā)最大的氫氣傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2011/3/28
日本產業(yè)技術綜合研究所（產綜研）開發(fā)出了可集成于半導體芯片的微型熱電式氫氣傳感器。檢測范圍（空氣中氫氣的濃度）達到了0.5ppm～5％之間。用于氫氣站等設施的泄露檢測。今后將向有關機構提供傳感器樣品，力爭將其應用于氫氣設施中。該傳感器在熱電轉換式MEMS元件上形成了以陶瓷支撐材料的鉑觸媒圖案。與過去的傳感器相比，更能發(fā)揮鉑觸媒的性能，因而具有良好的靈敏度和耐用性。因為空氣中氫的濃度一旦達4％，就會爆炸，因此氫氣泄露檢測技術需要氫氣傳感器能夠在ppm級到4％這一最低爆炸極限濃度范圍之間進行高精度檢測。但是，以前的接觸燃燒式和半導體式氫氣傳感器很難在ppm到百分之幾的大范圍內進行檢測。例如，接觸燃燒式氣體傳感器依靠檢測信號傳感器的電阻變化進行檢測，因此對高濃度區(qū)的檢測比較有效，但在低濃度區(qū)由于靈敏度低，實際上根本無法檢測。具體來說，燃燒發(fā)熱導致溫度變化0.01℃時，電阻變化僅為0.004％，實際上無法檢測，因此不能當作傳感器使用。新開發(fā)的熱電式氫氣傳感器由熱電轉換膜及其表面上部分形成的鉑觸媒膜組成，氫與觸媒的發(fā)熱反應引起的局部溫差，利用熱電轉換膜轉換為電壓信號。因而，只要使用高性能的熱電材料就可得到足以完成檢測任務的信號。新開發(fā)的傳感器采用的是催化反應和熱電轉換功能相結合的工作原理，將元件本身產生的電壓轉換成信號，不僅提高了可檢測濃度范圍，還不易受到外界溫度的影響。采用這種工作原理的氫氣傳感器在NEDO（新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構）開展的產業(yè)技術研究扶持項目--“采用熱電氧化物的新型氫氣傳感器的開發(fā)”中已經開發(fā)成功，但要想開發(fā)出低成本、高靈敏度的傳感器，還需要為傳感器元件開發(fā)小型化與集成技術，以及微加熱器技術。此次開發(fā)主要解決了在半導體晶圓上形成熱電薄膜、觸媒膜、電極、配線及加熱器的傳感器元件制造技術。同時，還提高了傳感器的耐用性，降低了生產成本。作為熱電轉換元件的關鍵技術，確立了利用濺射蒸鍍法形成SiGe膜之后進行熱處理的薄膜成形技術。因為SiGe熱電轉換材料的熱電特性高，非常適宜采用半導體工藝。為了使觸媒不受大氣中水蒸汽的影響而穩(wěn)定地發(fā)揮作用，溫度要維持在100℃。作為維持觸媒溫度的加熱器集成技術，采用MEMS技術研制出隔熱性很高的微加熱器。將熱電圖、微加熱器、觸媒3個組成要素集成到了尺寸約為1×2mm2的薄膜上，制成了尺寸為4×4mm2的傳感器芯片。在以陶瓷為支撐材料的鉑觸媒耐用性試驗中，將新開發(fā)的微型熱電式氫氣傳感器放置在相對溫度約為65％的室溫環(huán)境中，持續(xù)工作了3個月，在此期間對它對100ppm，1000ppm和1％氫氣濃度的反應特性進行了測試。結果證實，性能十分穩(wěn)定。此次采用普通半導體工藝，就將微型傳感器集成到了硅底板上，因此該公司認為，將來還可集成處理傳感器信號的電子線路，因此便于小型化，以及通過量產降低生產成本，實用潛力很大。
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