SBIR Phase I: Gallium Nitride High Temperature Gas Sensor for Measuring Combustion Gas Product Concentrations

SBIR 第一阶段:用于测量燃烧气体产物浓度的氮化镓高温气体传感器

基本信息

  • 批准号:
    0109860
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 9.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2001-07-01 至 2001-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project comprises the design, fabrication and testing of continuous and discontinuous catalytic metal films as detection elements on a gallium nitride metal-semiconductor-field-effect transistor (MESFET) gas sensor for measuring combustion gas products in high temperature gas streams. Gas adsorbs and reacts on the metal surface. The steady state composition of adsorbed species changes the metal work function. The significant innovation is a gallium nitride (large bandgap) semiconductor device which will advance this emerging technology to high temperature (ca. 600 C) applications. The multiple catalytic metals: platinum, palladium/silver and rhodium have different sensitivities and detection limits. These differences can in principle be used to distinguish the effects of up to three concentration variables. This is the first time rhodium will have been used in this kind of sensor. The outcome of this work will be a proof of the concept that quantifying high temperature gas compositions ispossible with the multiple catalytic gate FET sensor technology. A work product will be: (1) the isotherms for gas (propane, methane, propylene, NO, NO2 and CO) adsorption on polycrystalline films of Pt, PdAg and Rh; (2) investigation of anticipated significant interactions of multiple gases on these metals; (3) the documentation of any solid-state reactions between the metals and the gallium nitride substrate by x-ray, TEM and other surface techniques; and, (4) the mechanical and electrical effects on the FET structure invarious gases and at temperatures as high as 850 C. The goal of the research is a robust sensor structure and composition that can be used to monitor combustion gas including automobile exhaust for "breakthrough" of the catalytic converter and possibly engine control for better efficiency.The potential commercial applications of the research is a sensor for monitoring emission to meet anticipated regulatory requirements for ultra-low-emissions-vehicles for the future. Other applications include a variety of combustion gas environments and monitoring and real-time control of refinery and other industrial chemical processes.
该小型企业创新研究(SBIR)第一阶段项目包括设计,制造和测试连续和不连续的催化金属膜作为氮化镓金属半导体场效应晶体管(MESFET)气体传感器的检测元件,用于测量高温气流中的燃烧气体产物。气体在金属表面吸附并发生反应。吸附物种的稳态组成改变金属功函数。重大创新是氮化镓(大带隙)半导体器件,这将推动这一新兴技术的高温(约。600 ℃)应用。多种催化金属:铂、钯/银和铑具有不同的灵敏度和检测限。这些差异原则上可用于区分多达三个浓度变量的影响。这是铑首次用于这种传感器。 这项工作的结果将是一个概念,量化高温气体成分是可能的多催化栅FET传感器技术的证明。工作产品将是:(1)气体的等温线(丙烷、甲烷、丙烯、NO、NO2和CO)在Pt、PdAg和Rh多晶膜上的吸附;(2)研究多种气体在这些金属上预期的显着相互作用;(3)通过X射线、TEM和其他表面技术记录金属和氮化镓衬底之间的任何固态反应;(4)在850 ℃高温下,不同气体对FET结构的机械和电学效应。 该研究的目标是一个强大的传感器结构和组成,可用于监测燃烧气体,包括汽车尾气的催化转化器的“突破”,并可能发动机控制,以提高效率。该研究的潜在商业应用是一个传感器监测排放,以满足预期的法规要求,超低排放车辆的未来。其他应用包括各种燃烧气体环境以及炼油厂和其他工业化学过程的监测和实时控制。

项目成果

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  • 通讯作者:
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