触媒金属ゲートMOSキャパシタを用いる高温高圧水用溶存酸素センサーの試作

采用催化金属栅MOS电容的高温高压水溶解氧传感器样机制作

• 批准号: 05650690
• 负责人: 原 信義
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650690/
• 关键词: 溶存酸素センサー; MOSキャパシタ; 高温高圧水

1.研究目的沸騰水型原子炉では、1次冷却水系のステンレス鋼製配管の腐食損傷を未然に防止するため、冷却水中の溶存酸素(dissolved oxygen;DO)の計測が必要とされている。本研究では、金属-酸化物-半導体(MOS)キャパシタの特性を利用した高温高圧水用DOセンサーを開発することを目的とした。2.研究成果(1)高温高圧水用のMOSキャパシタ特性測定装置の作製:パーソナルコンピュータにより制御されたポテンショスタットおよび周波数応答解析器と、高温高圧水用電解槽であるオートクレーブとを組み合わせた装置を作製し、これによってMOSキャパシタの容量-電圧特性を正しく測定できることを確かめた。(2)高速・高感度DO検出用ゲート電極の作製:Pt、Au、Irとこれらの金属酸化物を複合した貴金属-貴金属酸化物複合膜ゲートを形成し、DO応答特性を調べた。複合膜は純金属膜よりも速いDO応答を示すが、膜の組成変化によるドリフトを生じることが分かった。純金属の中ではPtが最も高いDO応答速度と感度を示した。(3)ゲート電極の耐食性の評価:サファイア基板上にPt、AuおよびIr薄膜を形成し、温度300℃までの高温高圧水中における電気化学的分極測定を行った結果、PtとIrが優れた耐食性を有することが分かった。(4)高温高圧水用DOセンサーの試作:DO応答特性と耐食性に優れたPtをゲート電極に用いて、MOSキャパシタDOセンサーを作製した。半導体基板として温度100℃以下の測定用にSi単結晶、100℃以上の測定用にTiO_2単結晶を用いた。これらのセンサーは、25〜200℃の温度範囲で良好なDO応答特性を示した。

1. Objective To prevent corrosion damage of steel pipes in primary and secondary cooling water systems of boiling water type atomic furnace and to measure dissolved oxygen (DO) in cooling water. The purpose of this study is to exploit the characteristics of metal-acid-semiconductor (MOS) mixtures for high temperature and high pressure water applications. 2. Research results (1) Operation of MOS capacitance characteristic measuring device for high temperature and high pressure water: Operation of MOS capacitance capacity-voltage characteristic measuring device for high temperature and high pressure water electrolyzer (2)High speed and high sensitivity DO electrode preparation:Pt, Au, Ir and noble metal-noble metal compound film formation, DO response characteristics adjustment The composite film is made of pure metal film, and the film composition is changed. Pure metal has the highest DO response speed and sensitivity. (3)Evaluation of the food resistance of Pt and Ir electrodes: Pt, Au and Ir thin films were formed on the substrate at 300℃ and the results of electrochemical polarization measurement were obtained. Pt and Ir were excellent in food resistance. (4)Test of DO for high temperature and high pressure water:DO response characteristics, food resistance, Pt electrode, MOS, DO service Si single crystal for measurement of semiconductor substrates below 100℃, TiO_2 single crystal for measurement above 100℃Good DO response characteristics are demonstrated in the temperature range of 25 ~ 200℃.