MIMトンネルダイオード水素ガスセンサにおける水素離脱機構の研究

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Pd-Al_2O_3-Alトンネルダイオードは、Pdに吸着した水素がPdの仕事関数を低下させ、トンネル電流を増加させるため、水素ガスセンサとして動作する。雰囲気に含まれる水素をパ-ジすると、この素子のPd電極表面の水素は、空気中の酸素と反応し水となる。しかし、この水は、水蒸気としてPd表面から離脱するのか、あるいは水分子としてPd表面に溜るのかは不明であった。この点を実験的に明らかにすることが本研究の目的である。本研究では、Pdを電極として水晶振動子を真空室にセットし、水素導入およびパ-ジ、そして空気を導入した時の水晶振動子の共振周波数の変化を調べることにより、Pdに対する水素の吸・脱着を調べた。その結果、次のことが明らかにされた。1.Pd表面に吸着した水素は、酸素を導入すると水蒸気として、急速にPd表面から離脱すること。2.この素子を空気中に長時間放置した後、水素に対する応答が緩慢になるが、これはPd表面に吸着した酸素が水素により水蒸気として離脱するに要するに要する時間が加算されるためであること。