[发明专利]传感系统和器件

说明书

本发明目的在于使FET型氢传感器的传感信号低噪声化。为了解决上述问题，本发明的传感系统的一个方面中，在衬底上由FET构成参照器件和传感器件，并且将两者的阱电位电隔离。

技术领域

本发明涉及在FET型传感系统中，根据传感器件与参照器件的输出的差来检测对象物时，高精度地检测对象物的技术。

背景技术

从保护地球环境的观点考虑，作为温室效应气体的CO₂的排量的削减成为地球规模的课题。为了抑制从汽车的排出，正在推进即使燃烧也只排出水的以氢为燃料的燃料电池汽车(FCV)的开发。在FCV中优选搭载用于氢燃烧时的氢浓度控制、来自配管的氢漏泄检测的氢浓度计。尤其是，当氢在空气中的浓度达到3.9％时将发生爆炸这样的情况是公知的，因此在氢的漏泄检测用途中，希望在达到上述爆炸极限浓度前，由氢浓度计发出警报这样的安全对策。另外，通过使燃烧时的氢浓度最佳化能够提高燃料消耗性能，因此以对燃烧条件实施反馈为目的，希望进行氢浓度的监测。

当前被实用化的氢传感器有接触燃烧式、半导体式、气体热传导式等。除上述以外，作为开发阶段的方式，具有固体电介质型和FET型。

接触燃烧式是在铂(Pt)或钯(Pd)这样的催化金属表面燃烧氢，检测由此产生的催化金属的温度上升的方式。其存在的缺点是：氢的敏感度高而选择性低；检测时需要氧；由于输出小因而需要对检测电路深入研究；由于需要将器件的工作温度保持为400℃程度的较高的温度因而耗电大。

半导体式，由于在金属氧化物半导体表面中的氢的氧化反应而使半导体内的耗尽层发生变化，因而载流子浓度发生变化，检测出与此相伴的电传导的变化。存在的缺点是：为了引发在金属氧化物半导体表面中的氧化反应而需要氧；需要将器件的工作温度保持为500℃程度的较高的温度因而耗电大。

气体热传导式，由于通过在气氛气体中混入氢而使热传导率发生变化，因此通过检测从元件释放出的热量的变化量能够检测氢。由于工作温度为200℃程度的比较低的温度，具有耗电小的优点，但低浓度的氢的检测比较困难，因此不能用于氢漏泄的检测用途中。

另外，在非专利文献1中公开了在FET(场效应晶体管)型传感器中，具有Pt-Ti-O栅极结构的例子。

现有技术文献

专利文献

非专利文献1：IEEE Sensors Journal,vol.12,No.6,June 2012.“Pt-Ti-O GateSi-MISFET Hydrogen Gas Sensors-Devices and Packagings(Pt-Ti-O栅极Si-MISFET氢气传感器件和封装)”

发明内容

发明要解决的技术问题

在将实用化的氢传感器用于FCV的氢漏泄检测的情况下，能够高精度地检测出低浓度的氢的接触燃烧式和半导体式成为候补。但是，在这些方式中，我们通过实验发现具有在作为环境物质的环硅氧烷毒害方面较差的缺点。对此，本发明的发明者们通过实验同时还确认出具有Pt-Ti-O栅极结构的FET型氢传感器对于环硅氧烷毒害的耐性良好。

图1表示实验结果的概略。纵轴以任意单位表示氢浓度，横轴表示时间。图表中对比了FET型氢传感器(FET-based sensor)、接触燃烧式(Catalytic combustion)和氧化物半导体传感器(Oxide semiconductor sensor)的测定结果。此外，在实验中所使用的具有Pt-Ti-O栅极结构的FET型氢传感器的详细结构在非专利文献1中详细记载。已知的是环硅氧烷从在道路的铺路时使用的沥青和硅产品释放到环境气氛中，在高温下有可能成为电器产品的接点的导通不良的原因。