$H_2$ sensor for detecting hydrogen in DI water using Pd membrane

수중 수소 감지를 위한 MISFET형 센서제작과 그 특성

In this work, Pd/Pt gate MISFET sensor using Pd membrane was fabricated to detect the hydrogen in DI water. A differential pair-type was used to minimize the intrinsic voltage drift of the MISFET. To avoid hydrogen induced drift of the sensor, the silicon dioxide/silicon nitride double layer was used as the gate insulator of the FET's. In order to eliminate the blister formation on the surface of the hydrogen sensing gate metal, Pd/Pt double metal layer was deposited on the gate insulator. For this type of application sensors need to be isolated from the DI water, and a Pd membrane was used to separate the sensor from the DI water. The output voltage change due to the variation of hydrogen concentration is linear from 100ppm to 500 ppm.

정류수 내 수소 가스를 감지할 수 있는 Pd 박막을 가진 Pd/Pt 게이트 MISFET 수소센서를 제조하였다. 감지게이트 MISFET와 기준 게이트 MISFET의 차동형 센서로 제작하여 MOSFET 고유의 드리프트를 최소화하였다. 수소유입으로 인한 드리프트는 $Si_3N_4/SiO_2$의 이중 게이트 절연막으로 줄였고, 수소에 의한 Pd의 격자 팽창에 의해 생기는 블리스터는 Pt을 넣어서 제거하였다. Pd 박막을 수소 여과기로 사용한 Pd/Pt 게이트 MISFET 센서로 측정한 결과 $0{\sim}500\;ppm$ 사이에서 선형적인 출력 특성을 얻을 수 있었다. 30 일간 $50^{\circ}C$의 정류수 속에서 장기안정도를 측정하였다. 전체적으로 감지 FET의 게이트 전압은 35 mV 상승하였고, 기준 FET는 48 mV 상승하여 안정한 특성을 나타내었다.