zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2022-89-5-714-718zhps-1141Research ArticleСтатьиСЕНСОР ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ СТРУКТУР ПАЛЛАДИЙ–ФОСФИД ИНДИЯHYDROGEN SENSOR BASED ON Pd/InP STRUCTURESШутаевВ. А.ShutaevV. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

vadimshutaev@mail.ruГребенщиковаЕ. А.GrebenshchikovaE. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

СидоровВ. Г.SidorovV. G.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ЯковлевЮ. П.YuakovlevYu. P.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской АНIoffe Institute of the Russian Academy of SciencesООО “АИБИ”IBSG Co., Ltd.202226092022895714718Copyright © Шутаев В.А., Гребенщикова Е.А., Сидоров В.Г., Яковлев Ю.П., 20222022Шутаев В.А., Гребенщикова Е.А., Сидоров В.Г., Яковлев Ю.П.Shutaev V.A., Grebenshchikova E.A., Sidorov V.G., Yuakovlev Y.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1141

Разработан фотоэлектрический сенсор водорода (фото-ЭДС), не требующий нагрева чувствительного элемента. Для чувствительного элемента сенсора созданы структуры Pd/n-InP (диод Шоттки) и Pd/оксид/InP (металл–диэлектрик–полупроводник) и проведены исследования их фототока и фото-ЭДС в зависимости от концентрации водорода в азотно-водородной газовой смеси в диапазоне 0.1—100 об.%. Установлено, что скорости спада фото-ЭДС и фототока связаны с концентрацией водорода в газовой смеси экспоненциальной зависимостью. Созданы лабораторные образцы сенсора водорода для измерения концентрации водорода в интервале 100—30000 ppm с быстродействием (временем срабатывания) ~1—2 с, способные работать при комнатной температуре.

Тhe development of a photoelectrical hydrogen sensor without sensor element heating is presented. For the sensitive element of the hydrogen sensor the Pd/n-InP (Schottkie diode) and Pd/oxide/InP (met-alinsulator-semiconductor) structures were developed and investigations of the photovoltage and the photocurrent of the structures depending on the hydrogen concentration in the range 0.1–100 vol.% in a nitrogen– hydrogen gas mixture were carried out. It is shown that the photovoltage and photocurrent decay rate and the hydrogen concentration are exponentially related to each other. The laboratory samples of sensor for hydrogen determination in the range 100–30000 ppm which able to operate at room temperature with response rate of 1–2 s are developed.

водородпалладийфосфид индияфотоэлектрический сенсор водородафототокhydrogenpalladiumindium phosphidehydrogen sensorphotocurrentАвторы выражают благодарность Н. В. Власенко и С. С. Евдокимову за техническую помощь в изготовлении сенсора водорода.ReferencesW. M. Tang, C. H. Leung, P. T. Lai. In “Stoichiometry and Materials Science – When Numbers Matter”, Ed. Dr. Alessio Innocenti, London, IntechOpen (2012) 263—282W. M. Tang, C. H. Leung, P. T. Lai. In “Stoichiometry and Materials Science – When Numbers Matter”, Ed. Dr. Alessio Innocenti, London, IntechOpen (2012) 263—282B. Podlepetsky, M. Nikiforova, A. Kovalenko. Sens. Actuat. B, 254 (2018) 1200—1205B. Podlepetsky, M. Nikiforova, A. Kovalenko. Sens. Actuat. B, 254 (2018) 1200—1205P. Sun, Y. Yu, J. Xu, Y. Sun, J. Ma, G. Lu. Sens. Actuat. B, 160, N 1 (2011) 244—250P. Sun, Y. Yu, J. Xu, Y. Sun, J. Ma, G. Lu. Sens. Actuat. B, 160, N 1 (2011) 244—250Lu Chi. Micro-Fabricated Hydrogen Sensors Operating at Elevated Temperatures, University of Kentucky Doctoral Dissertations, paper 767 (2009) 40—134Lu Chi. Micro-Fabricated Hydrogen Sensors Operating at Elevated Temperatures, University of Kentucky Doctoral Dissertations, paper 767 (2009) 40—134H. Fukuoka, J. Junga, M. Inoueb. Energy Proc., 29 (2012) 283—290H. Fukuoka, J. Junga, M. Inoueb. Energy Proc., 29 (2012) 283—290T. Higuchi, S. Nakagomi, Y. Kokubun. Sens. Actuat. B, 140 (2009) 79—85T. Higuchi, S. Nakagomi, Y. Kokubun. Sens. Actuat. B, 140 (2009) 79—85K. Skucha, Z. Fan, K. Jeon, A. Javey, B. Boser. Sens. Actuat. B, 145 (2010) 232—238K. Skucha, Z. Fan, K. Jeon, A. Javey, B. Boser. Sens. Actuat. B, 145 (2010) 232—238https://www.nemoto.co.jp/images/sites/3/2015/12/NCP-170S1.pdfhttps://www.nemoto.co.jp/images/sites/3/2015/12/NCP-170S1.pdfhttps://euro-gasman.com/media/wysiwyg/GasSensors/SOLIDSENSEhttps://euro-gasman.com/media/wysiwyg/GasSensors/SOLIDSENSEhttp://www.gassensor.ru/data/files/hydrogen/TGS821.pdfhttp://www.gassensor.ru/data/files/hydrogen/TGS821.pdfW. C. Liu, H. J. Pan, H. I. Chen, K. W. Lin, C. K. Wang. Jpn. J. Appl. Phys., 40, N 11 (2001) 6254—6259W. C. Liu, H. J. Pan, H. I. Chen, K. W. Lin, C. K. Wang. Jpn. J. Appl. Phys., 40, N 11 (2001) 6254—6259Y. I. Chou, C. M. Chen, W. C. Liu, H. I. Chen. IEEE Electron. Device Lett., 26, N 2 (2005) 62—65Y. I. Chou, C. M. Chen, W. C. Liu, H. I. Chen. IEEE Electron. Device Lett., 26, N 2 (2005) 62—65Kh. M. Salikhov, S. V. Slobodchikov, B. V. Russu. Proc. SPIE, 3122 (2011) 474—482Kh. M. Salikhov, S. V. Slobodchikov, B. V. Russu. Proc. SPIE, 3122 (2011) 474—482В. И. Гаман, В. И. Балюба, В. Ю. Грицык, Т. А. Давыдова, В. М. Калыгина. ФТП, 42, вып. 3 (2008) 341—345В. И. Гаман, В. И. Балюба, В. Ю. Грицык, Т. А. Давыдова, В. М. Калыгина. ФТП, 42, вып. 3 (2008) 341—345С. В. Тихов, Е. Л. Шоболов, В. В. Подольский, С. Б. Левичев. ЖТФ, 73, № 2 (2003) 87—92С. В. Тихов, Е. Л. Шоболов, В. В. Подольский, С. Б. Левичев. ЖТФ, 73, № 2 (2003) 87—92А. С. Мокрушин, Р. В. Радченко, В. В. Тюльпа. Водород в энергетике, Екатеринбург, Урал. гос. ун-т (2014)А. С. Мокрушин, Р. В. Радченко, В. В. Тюльпа. Водород в энергетике, Екатеринбург, Урал. гос. ун-т (2014)E. C. Walter, F. Favier, R. M. Penner. Anal. Chem., 74, N 7 (2002) 1546—1553E. C. Walter, F. Favier, R. M. Penner. Anal. Chem., 74, N 7 (2002) 1546—1553K. Okuyama, N. Takinami, Y. Chiba, S. Ohshima, S. Kambe. J. Appl. Phys., 76 (1994) 231—235K. Okuyama, N. Takinami, Y. Chiba, S. Ohshima, S. Kambe. J. Appl. Phys., 76 (1994) 231—235В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, А. А. Пивоварова, В. Г. Сидоров, Л. К. Власов, Ю. П. Яковлев. ФТП, 53, вып. 10 (2019) 1427—1430В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, А. А. Пивоварова, В. Г. Сидоров, Л. К. Власов, Ю. П. Яковлев. ФТП, 53, вып. 10 (2019) 1427—1430В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, Ю. П. Яковлев. Опт. и спектр., 128, вып. 5 (2020) 603—606В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, Ю. П. Яковлев. Опт. и спектр., 128, вып. 5 (2020) 603—606В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, М. Е. Компан, Ю. П. Яковлев. ФТП, 54, вып. 6 (2020) 547—551В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, М. Е. Компан, Ю. П. Яковлев. ФТП, 54, вып. 6 (2020) 547—551В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, Ю. П. Яковлев. ФТП, 55, вып. 12 (2021) 1236—1239В. А. Шутаев, Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, Ю. П. Яковлев. ФТП, 55, вып. 12 (2021) 1236—1239Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, В. А. Шутаев, Ю. П. Яковлев. ФТП, 53, вып. 2 (2019) 246—248Е. А. Гребенщикова, В. Г. Сидоров, В. А. Шутаев, Ю. П. Яковлев. ФТП, 53, вып. 2 (2019) 246—248Е. А. Гребенщикова, Х. М. Салихов, В. Г. Сидоров, В. А. Шутаев, Ю. П. Яковлев. ФТП, 52, вып. 10 (2018) 1183—1186Е. А. Гребенщикова, Х. М. Салихов, В. Г. Сидоров, В. А. Шутаев, Ю. П. Яковлев. ФТП, 52, вып. 10 (2018) 1183—1186В. А. Шутаев. Создание и исследование сенсора водорода на основе диодной структуры Pd/Оксид/InP, дис. … канд. физ.-мат. наук, ФГБУН Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург (2020) 92—94В. А. Шутаев. Создание и исследование сенсора водорода на основе диодной структуры Pd/Оксид/InP, дис. … канд. физ.-мат. наук, ФГБУН Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург (2020) 92—94

The authors declare that there are no conflicts of interest present.