[go: up one dir, main page]

RU166907U1 - HYDROGEN DETECTION DEVICE - Google Patents

HYDROGEN DETECTION DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU166907U1
RU166907U1 RU2016124848/28U RU2016124848U RU166907U1 RU 166907 U1 RU166907 U1 RU 166907U1 RU 2016124848/28 U RU2016124848/28 U RU 2016124848/28U RU 2016124848 U RU2016124848 U RU 2016124848U RU 166907 U1 RU166907 U1 RU 166907U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
layer
deposited
electric current
palladium
Prior art date
Application number
RU2016124848/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Александровна Гребенщикова
Альберт Николаевич Именков
Вадим Аркадьевич Шутаев
Наталья Дмитриевна Ильинская
Аркадий Михайлович Оспенников
Юрий Павлович Яковлев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2016124848/28U priority Critical patent/RU166907U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU166907U1 publication Critical patent/RU166907U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

1. Устройство для обнаружения водорода, включающее источник видимого или ближнего ИК света, измеритель электрического тока, чувствительный элемент в виде пластины из монокристаллического фосфида индия InP n-типа проводимости, на центральную область первой поверхности которой последовательно нанесены слой анодного оксида индия и фосфора, слой палладия и первый омический электрод, на периферийную область первой поверхности нанесен диэлектрический слой из нитрида кремния SiN, на вторую поверхность пластины нанесен второй омический электрод, при этом источник видимого света оптически соединен со слоем палладия, а первый и второй омические электроды подключены к измерителю электрического тока или напряжения.2. Устройство по п. 1, отличающее тем, что пластина из монокристаллического InP легирована оловом до концентрации n основных носителей 10-10см.3. Устройство по п. 1, отличающее тем, что первый электрод имеет в плане крестообразную форму.1. A device for detecting hydrogen, comprising a source of visible or near infrared light, an electric current meter, a sensitive element in the form of a plate of nP type indP single-crystal indium phosphide, on the central region of the first surface of which an anode layer of indium oxide and phosphorus are successively deposited, a layer palladium and the first ohmic electrode, a dielectric layer of silicon nitride SiN is deposited on the peripheral region of the first surface, a second ohmic electrodes are deposited on the second surface of the plate , Wherein the visible light source optically coupled to the palladium layer, and first and second ohmic electrodes are connected to a measuring instrument or an electric current napryazheniya.2. The device according to claim 1, characterized in that the single-crystal InP plate is doped with tin to a concentration of n of the main carriers of 10-10 cm. 3. The device according to claim 1, characterized in that the first electrode has a cruciform shape in plan.

Description

Настоящая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения концентрации водорода в различных газовых средах.This utility model relates to measuring technique and can be used to determine the concentration of hydrogen in various gaseous media.

Известно устройство для обнаружения водорода (см. заявка JP 2012096965, МПК В01J 23/40, В01J 35/02, С01G 23/053, опубликована 24.05.2012), содержащее источник света, фотоприемник и чувствительный элемент в виде прозрачной проводящей подложки, на которую нанесен слой пористого оксида титана, содержащего в порах металлический катализатор, например, платину, или палладий, или золото, или серебро, или никель, или родий, или осмий, при этом источник света, фотоприемник и чувствительный элемент оптически соединены между собой.A device for detecting hydrogen is known (see application JP 2012096965, IPC B01J 23/40, B01J 35/02, C01G 23/053, published May 24, 2012) containing a light source, a photodetector and a sensing element in the form of a transparent conductive substrate onto which a layer of porous titanium oxide is deposited, containing a metal catalyst in the pores, for example, platinum, or palladium, or gold, or silver, or nickel, or rhodium, or osmium, while the light source, photodetector and sensing element are optically interconnected.

Известное устройство определяет содержание водорода в окружающей среде по поглощению или отражению света, проходящего через чувствительный элемент. Недостатком известного устройства является сложность и длительность процесса дегазации чувствительного элемента после каждого его использования.The known device determines the hydrogen content in the environment by the absorption or reflection of light passing through the sensing element. A disadvantage of the known device is the complexity and duration of the degassing process of the sensitive element after each use.

Известно устройство для обнаружения водорода (см. заявка US 2012040469, МПК G01N 21/64, С01N 21/76, G01N 31/00, опубликована 16.02.2012), включающее источник ультрафиолетового излучения, фотоприемник и чувствительный элемент в виде подложки, на которую нанесен материал, адсорбирующий водород, и термочувствительный люминофор. В качестве материала, адсорбирующего водород, использован металл, выбранный из группы: платина, палладий, никель, лантан, алюминий, или их комбинации. Работа устройства основана на регистрации изменения люминесценции люминофора под действием теплоты, выделяющейся при экзотермической абсорбции водорода.A device for detecting hydrogen is known (see application US 2012040469, IPC G01N 21/64, C01N 21/76, G01N 31/00, published 02.16.2012), including an ultraviolet radiation source, a photodetector and a sensitive element in the form of a substrate on which is deposited hydrogen adsorbing material and heat-sensitive phosphor. As a material adsorbing hydrogen, a metal selected from the group: platinum, palladium, nickel, lanthanum, aluminum, or a combination thereof is used. The operation of the device is based on recording changes in the luminescence of the phosphor under the influence of heat released during exothermic absorption of hydrogen.

Недостатком известного устройства является недостаточное быстродействие.A disadvantage of the known device is the lack of speed.

Известно устройство для обнаружения водорода (см. Г.Г. Ковалевская, Л. Кратена, М.М. Мередов, А.М. Маринова, С.В. Слободчиков. Письма в ЖТФ, т. 15, №12, с. 55-58, 1989), совпадающее с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятое в качестве прототипа. Известное устройство-прототип включает источник ближнего инфракрасного света, измеритель электрического тока или напряжения и чувствительный элемент в виде пластины монокристаллического фосфида индия InР n-типа проводимости, на первую поверхность которой последовательно нанесены слой анодного оксида индия и фосфора, слой палладия и первый омический электрод, а на вторую поверхность пластины нанесен второй электрод, при этом источник видимого света оптически соединен со слоем палладия, а первый и второй электроды подключены к измерителю электрического тока.A device for detecting hydrogen is known (see G. G. Kovalevskaya, L. Kraten, M. M. Meredov, A. M. Marinov, S. V. Slobodchikov. Letters in ZhTF, v. 15, No. 12, p. 55 -58, 1989), which coincides with the present decision on the largest number of essential features and adopted as a prototype. The known prototype device includes a near infrared light source, an electric current or voltage meter, and a sensing element in the form of an n-type conductivity IndP single-crystal indium phosphide plate, on the first surface of which a layer of anodic indium oxide and phosphorus, a palladium layer and a first ohmic electrode are sequentially deposited, and a second electrode is deposited on the second surface of the plate, while the source of visible light is optically connected to the palladium layer, and the first and second electrodes are connected to measure Liu electric current.

Недостатком известного устройства для обнаружения водорода является достаточно большие токи утечки по поверхности чувствительного элемента, что приводит к снижению чувствительности устройства.A disadvantage of the known device for detecting hydrogen is a sufficiently large leakage currents on the surface of the sensing element, which leads to a decrease in the sensitivity of the device.

Задачей настоящей полезной модели являлась разработка устройства для обнаружения водорода, в котором были уменьшены токи утечки по поверхности чувствительного элемента.The objective of this utility model was to develop a device for detecting hydrogen, in which leakage currents along the surface of the sensing element were reduced.

Поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения водорода включает источник видимого или ближнего ИК света, измеритель электрического тока и чувствительный элемент в виде пластины из монокристаллического фосфида индия InР n-типа проводимости, на центральную область первой поверхности которой последовательно нанесены слой анодного оксида индия и фосфора, слой палладия и первый омический электрод, на периферийную область первой поверхности нанесен диэлектрический слой из нитрида кремния Si3N4, а на вторую поверхность пластины нанесен второй омический электрод, при этом источник видимого или ближнего ИК света оптически соединен со слоем палладия, а первый и второй омические электроды подключены к измерителю электрического тока.The problem is solved in that the device for detecting hydrogen includes a source of visible or near infrared light, an electric current meter, and a sensing element in the form of a plate of n-type InP single-crystal indium phosphide, on the central region of the first surface of which a layer of indium anode oxide is successively deposited and phosphorus, palladium layer and a first ohmic electrode on the peripheral region of the dielectric layer of silicon nitride is applied a first surface of Si 3 N 4, and the second surface mp Stina applied second ohmic electrode, wherein the source of visible or near IR light optically coupled to the palladium layer, and first and second ohmic electrodes are connected to the electric current measurer.

Новым в настоящей полезной модели является нанесение слоя анодного оксида индия и фосфора и слоя палладия на центральную область первой поверхности пластины из монокристаллического фосфида индия и нанесение диэлектрического слоя из нитрида кремния на ее периферийную область.New in this utility model is the deposition of an anode layer of indium and phosphorus oxide and the palladium layer on the central region of the first surface of a single-crystal indium phosphide plate and the deposition of a dielectric layer of silicon nitride on its peripheral region.

Пластина из монокристаллического InР может быть легирована оловом до концентрации n основных носителей 1016-1017 см-3.A single-crystal InP plate can be doped with tin to a concentration of n of the main carriers 10 16 -10 17 cm -3 .

Первый электрод может иметь в плане крестообразную форму.The first electrode may have a cross-shaped plan.

Работа устройства для обнаружения газообразного водорода основана на изменении фототока чувствительного элемента в присутствии водорода.The operation of the device for detecting gaseous hydrogen is based on a change in the photocurrent of the sensing element in the presence of hydrogen.

Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где:The present utility model is illustrated in the drawing, where:

на фиг. 1 схематически показано в поперечном разрезе настоящее устройство для обнаружения водорода;in FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for detecting hydrogen;

на фиг. 2 приведена зависимость величины фототока I от времени при импульсной подаче потока водорода (τ - время восстановления сигнала);in FIG. Figure 2 shows the dependence of the magnitude of the photocurrent I on time with a pulsed supply of a hydrogen stream (τ is the signal recovery time);

на фиг. 3 показана зависимость величины фототока I от времени при многократной импульсной подаче потока водорода;in FIG. Figure 3 shows the dependence of the value of photocurrent I on time with multiple pulsed supply of a hydrogen stream;

на фиг. 4 приведена фотография опытного образца настоящего устройства для обнаружения водорода.in FIG. 4 is a photograph of a prototype of this hydrogen detection device.

Настоящее устройство для обнаружения водорода (см. фиг. 1) включает источник 1 видимого или ближнего ИК света, измеритель 2 электрического тока и чувствительный элемент 3 в виде пластины 4 из монокристаллического фосфида индия InР n-типа проводимости, легированной, например, оловом до концентрации n основных носителей 1016-1017 см3. На центральную область 5 первой поверхности 6 пластины 4 последовательно нанесены слой 7 анодного оксида индия и фосфора, слой 8 палладия и первый омический электрод 9 из золота. На периферийную область 10 первой поверхности 6 пластины 4 нанесен диэлектрический слой 11 из нитрида кремния Si3N4. На вторую поверхность 12 пластины 4 нанесен второй омический электрод 13, например из последовательно нанесенных слоев Сr/АuGе/Аu. Источник 1 видимого света оптически соединен со слоем 8 палладия, а первый электрод 9 и второй электрод 13 подключены к измерителю 2 электрического тока.The present device for detecting hydrogen (see FIG. 1) includes a visible or near-IR light source 1, an electric current meter 2, and a sensing element 3 in the form of a plate 4 made of n-type InP single-crystal indium phosphide doped, for example, with tin to a concentration n major carriers 10 16 -10 17 cm 3 . A layer 7 of anodic indium and phosphorus oxide, a layer 8 of palladium and a first ohmic electrode 9 of gold are sequentially deposited on the central region 5 of the first surface 6 of the plate 4. On the peripheral region 10 of the first surface 6 of the plate 4, a dielectric layer 11 of silicon nitride Si 3 N 4 is applied. A second ohmic electrode 13 is applied to the second surface 12 of the plate 4, for example from successively applied Cr / AuGe / Au layers. The visible light source 1 is optically connected to the palladium layer 8, and the first electrode 9 and the second electrode 13 are connected to the electric current meter 2.

Настоящее устройство для обнаружения водорода работает следующим образом:The present hydrogen detection device operates as follows:

Устройство устанавливают рядом с контролируемым объектом и включают питание источника 1 видимого или ближнего ИК света (например, светодиода), излучение которого направляют на чувствительный элемент 3. При этом в измерителе 2 появляется фототок за счет его генерации в пластине 4, При появлении водорода в окружающей среде происходит изменение величины фототока в измерителе 2. Это является сигналом присутствия водорода. Величина электрического тока характеризует концентрацию водорода.The device is installed next to the monitored object and includes power to the source 1 of visible or near infrared light (for example, an LED), the radiation of which is sent to the sensing element 3. In this case, a photocurrent appears in the meter 2 due to its generation in the plate 4, When hydrogen appears in the surrounding medium changes in the magnitude of the photocurrent in meter 2. This is a signal for the presence of hydrogen. The magnitude of the electric current characterizes the concentration of hydrogen.

Пример. Был изготовлен опытный образец устройства для обнаружения водорода (см. фиг. 4). Устройство включало источник ближнего ИК света в виде светодиода (длина λ волны излучения 0,9 мкм, марка АЛ-107) и измеритель электрического тока в виде электрометра марки 6517 В ELECTROMETR/HIGH RESISTANCE METER. Чувствительный элемент был выполнен в виде пластины из монокристаллического фосфида индия InP ориентации (100) n-типа проводимости, легированной, оловом с концентрацией n основных носителей 1016 см-3. На центральную область площадью 1×1 мм2 первой поверхности пластины были последовательно нанесены слой анодного оксида индия и фосфора толщиной 1000

Figure 00000002
слой палладия толщиной 300
Figure 00000003
и методом термовакуумного распыления первый омический электрод из золота. На периферийную область первой поверхности пластины был нанесен диэлектрический слой из нитрида кремния Si3N4 толщиной 900
Figure 00000004
. На вторую поверхность пластины был нанесен второй омический электрод из последовательно нанесенных слоев Cr/AuGe/Au. На чувствительный элемент воздействовали излучением светодиода и подавали импульсный поток водорода длительностью 3 секунды при содержании g водорода 1% в воздухе. Были сняты кинетические изменения фототока I чувствительного элемента при однократной подаче водорода (см. фиг. 2) и многократной подаче водорода (см. фиг. 3). Время реакции устройства на подачу водорода было равно 5 секундам, время восстановления чувствительного элемента составило менее 10 секунд. Было проведено также исследование чувствительности устройства к метану и гелию. Обнаружено, что практически отсутствует чувствительность устройства к этим газам. Проведенные эксперименты показали, что настоящее устройство имеет чувствительность, превышающую на порядок чувствительность устройства-прототипа.Example. A prototype hydrogen detection device was manufactured (see FIG. 4). The device included a near-infrared light source in the form of an LED (λ wavelength of 0.9 μm, grade AL-107) and an electric current meter in the form of an electrometer of grade 6517 V ELECTROMETR / HIGH RESISTANCE METER. The sensitive element was made in the form of a plate of monocrystalline indium phosphide InP of the (100) orientation of n-type conductivity, doped with tin with a concentration of n main carriers of 10 16 cm -3 . A layer of indium phosphorus anode oxide of 1000 thickness was sequentially deposited on a central region of 1 × 1 mm 2 of the first surface of the plate
Figure 00000002
300 palladium layer
Figure 00000003
and thermal vacuum spraying the first ohmic electrode of gold. A dielectric layer of silicon nitride Si 3 N 4 with a thickness of 900 was deposited on the peripheral region of the first surface of the plate
Figure 00000004
. A second ohmic electrode from successively deposited Cr / AuGe / Au layers was deposited on the second surface of the plate. The sensitive element was exposed to LED radiation and a pulsed hydrogen flux was applied for 3 seconds with a g content of 1% hydrogen in air. The kinetic changes in the photocurrent I of the sensing element were recorded with a single supply of hydrogen (see Fig. 2) and multiple supply of hydrogen (see Fig. 3). The reaction time of the device to the supply of hydrogen was 5 seconds, the recovery time of the sensitive element was less than 10 seconds. A study was also conducted of the sensitivity of the device to methane and helium. It was found that the sensitivity of the device to these gases is practically absent. The experiments showed that the present device has a sensitivity exceeding the sensitivity of the prototype device by an order of magnitude.

Claims (3)

1. Устройство для обнаружения водорода, включающее источник видимого или ближнего ИК света, измеритель электрического тока, чувствительный элемент в виде пластины из монокристаллического фосфида индия InP n-типа проводимости, на центральную область первой поверхности которой последовательно нанесены слой анодного оксида индия и фосфора, слой палладия и первый омический электрод, на периферийную область первой поверхности нанесен диэлектрический слой из нитрида кремния Si3N4, на вторую поверхность пластины нанесен второй омический электрод, при этом источник видимого света оптически соединен со слоем палладия, а первый и второй омические электроды подключены к измерителю электрического тока или напряжения.1. A device for detecting hydrogen, comprising a source of visible or near infrared light, an electric current meter, a sensitive element in the form of a plate of nP type indP single-crystal indium phosphide, on the central region of the first surface of which an anode layer of indium oxide and phosphorus are successively deposited, a layer palladium and a first ohmic electrode on the peripheral region of the first surface of the deposited dielectric layer of silicon nitride Si 3 N 4, a second surface of the second plate is applied ohmic elec genus, wherein the visible light source optically coupled to the palladium layer, and first and second ohmic electrodes are connected to the measuring electric current or voltage. 2. Устройство по п. 1, отличающее тем, что пластина из монокристаллического InP легирована оловом до концентрации n основных носителей 1016-1017 см-3.2. The device according to p. 1, characterized in that the plate of single-crystal InP is doped with tin to a concentration of n of the main carriers 10 16 -10 17 cm -3 . 3. Устройство по п. 1, отличающее тем, что первый электрод имеет в плане крестообразную форму.
Figure 00000001
3. The device according to p. 1, characterized in that the first electrode has a cross-shaped plan.
Figure 00000001
RU2016124848/28U 2016-06-21 2016-06-21 HYDROGEN DETECTION DEVICE RU166907U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124848/28U RU166907U1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 HYDROGEN DETECTION DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124848/28U RU166907U1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 HYDROGEN DETECTION DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU166907U1 true RU166907U1 (en) 2016-12-10

Family

ID=57793264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124848/28U RU166907U1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 HYDROGEN DETECTION DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU166907U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU181295U1 (en) * 2018-05-03 2018-07-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук HYDROGEN DETECTION DEVICE
RU236082U1 (en) * 2025-01-14 2025-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экспериментальной минералогии имени академика Д.С. Коржинского Российской академии наук (ИЭМ РАН) Hydrogen detector

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU181295U1 (en) * 2018-05-03 2018-07-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук HYDROGEN DETECTION DEVICE
RU236082U1 (en) * 2025-01-14 2025-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экспериментальной минералогии имени академика Д.С. Коржинского Российской академии наук (ИЭМ РАН) Hydrogen detector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201816365A (en) Energetic pulse clearing of environmentally sensitive thin-film devices
JP5804438B2 (en) Gas sensor array, gas analysis method, and gas analysis system
CN110243872A (en) A kind of excited by visible light gas sensor and preparation method thereof
CN105842291B (en) A kind of CuWO4/WO3Complex light helps gas sensor and preparation method thereof
CN204479506U (en) A kind of hydrogen gas sensor for oil-filled transformer density of hydrogen on-line monitoring
CN101387614A (en) Gas-sensitive Microsensor Based on Conductive Polymer-Carbon Black Particles
CN106198648B (en) A kind of preparation method of room temperature hydrogen sensor
CN104458848B (en) Comb nanosensor with pH indication and self-calibration and preparation method of comb nanosensor
CN104569051A (en) Method for manufacturing hydrogen sensor
CN103308451A (en) Micro optical fiber hydrogen sensing device and measurement method
CN102095783B (en) Carbon nanotube film three-electrode sensor array and mixed gas concentration detection method
RU166907U1 (en) HYDROGEN DETECTION DEVICE
CN107919854A (en) A kind of detection device and its detection method of solar cell IV characteristics
CN103105421A (en) A semiconductor gas-sensing material based on GaN-Ga2O3 core-shell structure nanowires
Liu et al. A self-temperature-modulated quadrilateral gas sensor for gas identification
CN102095787B (en) Carbon nano tube film three-electrode ethylene sensor and concentration measuring method thereof
CN107202827B (en) Preparation method of electrochemical sensor based on nickel foam, electrochemical sensor and detection method of dopamine
CN103353447B (en) Ionic liquid filled-type porous silicon optics VOC sensor array and preparation method thereof
CN117929475B (en) A 1R1C integrated hydrogen sensor structure
CN209541901U (en) Thermopile structure in novel high-power laser detector
CN107144600A (en) The MoO of quantum dot containing Pd3Nanofiber paper H2Sensor and preparation method
CN206892057U (en) A kind of gas sensor
IL48045A (en) Method and apparatus for detecting the presence of alcohol and measuring its concentration
RU181295U1 (en) HYDROGEN DETECTION DEVICE
CN102081069A (en) Carbon nanotube film three-electrode sensor and method for detecting single gas concentration