晶圆尺度现场效应晶体管类型传感器使用碳纳米管膜作为Ppb级硫化检测通道
Shixiang Zhan1, Huamei Zuo1, Bin Liu1
1School of Physics and Optoelectronics & Hunan Institute of Advanced Sensing and Information Technology, Xiangtan University, Xiangtan, Hunan 411105, P. R. China.
ACS sensors
|July 21, 2023
概括
一个新的门感应碳基FET气体传感器检测到微量硫化 (H2S),硫化 (SF6) 的分解产物. 这为电力设备提供了早期故障诊断,使实时监控和防止电网崩成为可能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电气工程 电气工程
- 环境监测 环境监测
背景情况:
- 六化硫 (SF6) 对于电力设备绝缘至关重要,但会分解成硫化 (H2S) 等危险气体.
- 早期检测SF6分解产物对于防止电力设备故障和电网崩至关重要.
- SF6的惰性性质使得直接度检测具有挑战性,需要跟踪气体监测.
研究的目的:
- 开发一种高度敏感的气体传感器,用于早期诊断电力设备的故障.
- 为了创建一个实时检测系统的痕迹硫化 (H2S) 气体,一个关键的SF6分解产品.
- 制造一个晶圆尺度,集成的气体传感器,具有信号放大功能.
主要方法:
- 在四英寸碳晶圆上制造基于碳的场效应晶体管 (FET) 气体传感器.
- 使用半导体碳纳米管作为FET通道和 (Pt) 作为传感门.
- 采用Y2O3门介电层,以确保通道和门层的独立功能.
主要成果:
- 开发的传感器实现了H2S的低检测极限,为每亿分之20 (ppb).
- 气体传感器在不同批次中表现出不到3%的响应偏差,表明高一致性.
- 综合设计有效地结合了气体检测和信号放大.
结论:
- 基于碳的FET气体传感器为检测H2S提供了灵敏可靠的检测方法.
- 这项技术为使用SF6的电力设备的早期故障诊断提供了有前途的解决方案.
- 这项工作为工业生产小型化和集成的气体传感器为关键基础设施监控铺平了道路.
