特許 7261741 ガス状または液体成分を検出するための選択的高電子移動度トランジスタを備える検出センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-12

(45)【発行日】2023-04-20

(54)【発明の名称】ガス状または液体成分を検出するための選択的高電子移動度トランジスタを備える検出センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20230413BHJP

   G01N 27/12 20060101ALI20230413BHJP

【ＦＩ】

G01N27/00 J

G01N27/12 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019541874

(86)(22)【出願日】2017-10-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-01-30

(86)【国際出願番号】 EP2017076377

(87)【国際公開番号】W WO2018069553

(87)【国際公開日】2018-04-19

【審査請求日】2020-08-28

(73)【特許権者】

【識別番号】506213290

【氏名又は名称】プジョー シトロエン オトモビル エスアー

【氏名又は名称原語表記】ＰＥＵＧＥＯＴ ＣＩＴＲＯＥＮ ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥＳ Ｓ．Ａ．

(73)【特許権者】

【識別番号】519135507

【氏名又は名称】ジョージア テック ロレーヌ

【氏名又は名称原語表記】ＧＥＯＲＧＩＡ ＴＥＣＨ ＬＯＲＲＡＩＮＥ

(73)【特許権者】

【識別番号】509025832

【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィク

【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100139594

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100185915

【弁理士】

【氏名又は名称】長山 弘典

(74)【代理人】

【氏名又は名称】森田 憲一

(72)【発明者】

【氏名】オーブリー，ヴァンサン

(72)【発明者】

【氏名】ウガッザデン，アブダラー

(72)【発明者】

【氏名】サルヴェスティーニ，ジャン－ポール

(72)【発明者】

【氏名】ヴォス，ポール

(72)【発明者】

【氏名】アルファヤ，ヤシーヌ

(72)【発明者】

【氏名】ビショップ，クリス

【審査官】清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】英国特許出願公開第０２４９８５２２（ＧＢ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４７９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２８８３７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０９４９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６１４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００４５６００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０２２７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５０８３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１０４１５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３１５０７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】HALFAYA, Y. et al.，Investigation of the Performance of HEMT-Based NO, NO2 and NH3 Exhaust Gas Sensors for Automotive Antipollution Systems，Sensors，2016年02月23日，Vol. 16, Article No. 273 ，pp. 1-12，doi:10.3390/s16030273

【文献】BISHOP, C. et al.，Experimental Study and Device Design of NO, NO2, and NH3 Gas Detection for a Wide Dynamic and Large Temperature Range Using Pt/AlGaNGaN HEMT，IEEE Sensors Journal，2016年07月19日，Vol. 16，pp. 6828-6838，doi:10.1109/JSEN.2016.2593050

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００ － Ｇ０１Ｎ ２７／９２

Ｇ０１Ｎ ３３／００ － Ｇ０１Ｎ ３３／９８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソース（２）と、ドレイン（３）とを備え、ゲート（４）がソース（２）とドレイン（３）との間に挿入される高電子移動度トランジスタを有する少なくとも１つの収集セルを備えるセンサ（１）によってガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分の中から少なくとも１つの特定の成分を検出または測定する方法であって、ドレイン（３）－ソース（２）間電圧が印加され、前記収集セルの電流強度（Ｉｍｅａｓ）が記録され、前記ソース（２）－ドレイン（３）間電圧の駆動は前記電流強度（Ｉｍｅａｓ）を変化させ、前記電圧は、前記少なくとも１つの特定の成分の特性である強度を有するプロファイルを供給するために実験によって予め決定された電圧モデルに従って、異なる電圧について、駆動されることを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つの特定の成分の特性である強度を有する前記プロファイルが、前記センサ（１）の前記電流強度（Ｉｍｅａｓ）の符号の反転を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記センサ（１）の前記同じトランジスタが、異なる特定の成分専用の異なる予め決定された電圧モデルに連続的に従う、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記予め決定された電圧モデルが、高周波電圧スケール上にある、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

検出または測定される前記成分が、一酸化窒素、二酸化窒素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および酸素の中から個別にまたは組み合わせて採取され、これらの成分が、自動車の排気ラインによって排出されるガス中に含まれる、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

ソース（２）と、ドレイン（３）とを備え、ゲート（４）が前記ソース（２）と前記ドレイン（３）との間に挿入される高電子移動度トランジスタを有する少なくとも１つの収集セルを備えるセンサ（１）を洗浄するための方法であって、前記センサ（１）は、請求項１～５のいずれか一項に記載の、ガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分に特有の少なくとも１つの成分を検出または測定するための方法に従って動作し、分極電圧は、前記ソース（２）、前記ドレイン（３）および前記ゲート（４）のうちの要素の少なくとも２つの間に、または前記ソース（２）、前記ドレイン（３）および前記ゲート（４）のうちの要素の２つの間に連続的に挿入された電極（９）によって印加され、前記分極電圧または前記電極（９）の前記電圧は、前記センサ（１）の前記ゲート（４）に保持された前記少なくとも１つの特定の成分のイオンを放出するために予め決定されることを特徴とする、方法。

【請求項7】

ガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分の中から少なくとも１つの特定の成分を検出または測定するためのセンサ（１）であって、前記センサ（１）は、ソース（２）と、ドレイン（３）とを備え、ゲート（４）が前記ソース（２）と前記ドレイン（３）との間に挿入される高電子移動度トランジスタを有する少なくとも１つの収集セルを備え、前記センサ（１）は、前記ソース（２）と前記ドレイン（３）との間に電圧を印加するための手段と、前記収集セルの電流強度（Ｉｍｅａｓ）を監視するための手段とを有するマイクロプロセッサを備え、前記マイクロプロセッサは、記憶手段によって保存された電圧モデルに従った電圧駆動手段と、異なる電圧について前記電圧モデルの印加中に前記電流強度（Ｉｍｅａｓ）を記録するための手段と、前記記憶手段によって保存された前記少なくとも１つの特定の成分の強度プロファイル特性を認識するための手段とを備えることを特徴とする、センサ。

【請求項8】

前記ソース（２）、前記ドレイン（３）および前記ゲート（４）のうちの要素の少なくとも２つの間に再生電圧を適用するための手段、または前記ソース（２）、前記ドレイン（３）および前記ゲート（４）のうちの要素の２つの間に連続して延びる連続スロットの形態の電極（９）と、再生電圧を前記電極（９）に適用するための手段とを備え、前記再生電圧は、前記センサ（１）によって保持された前記少なくとも１つの特定の成分のイオンを放出することによって前記センサ（１）の再生を行うのに十分である、請求項７に記載のセンサ。

【請求項9】

少なくとも２つの検出または測定センサ（１）のアセンブリであって、各センサ（１）は、ガス状または液体混合物中に存在するそれぞれの特定の成分を検出し、前記少なくとも２つのセンサ（１）は、請求項７または８に記載のとおりであり、前記少なくとも２つのセンサ（１）の各々は、前記少なくとも１つの特定の成分の特性である記憶された電圧駆動モデルおよび記憶された強度プロファイルを有し、それぞれの成分の選択的検出は、前記少なくとも２つのセンサ（１）の各々によって行われることを特徴とする、アセンブリ。

【請求項10】

自動車の内燃機関の排気ラインであって、請求項７または８に記載の少なくとも１つのセンサ（１）または請求項９に記載の少なくとも２つの検出または測定センサ（１）の少なくとも１つのアセンブリを備え、前記ガス状または液体混合物は、前記排気ラインを通過する排気ガスによって形成され、前記少なくとも１つの特定の成分または少なくとも２つの特定の成分は、それぞれ前記排気ガス中に含まれる１つまたは複数の汚染物質であることを特徴とする、排気ライン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス状または液体混合物中に存在する特定の成分を検出または測定するためのセンサに関し、センサは、高電子移動度トランジスタを有する収集セルを備える。

【0002】

頭字語ＨＥＭＴとしても知られる高電子移動度トランジスタは、ソースと、ドレインとを備え、ゲートがソースとドレインとの間に挿入されている。収集セルの動作は、ゲートである制御電極の静電作用による、ソースおよびドレインである２つのオーミック接触間の導電性に基づいている。

【0003】

以下では、自動車の排気ラインによって内燃機関から排出された排気ガス中に存在する汚染要素を選択的に検出するためのセンサとして、本発明によるセンサの好ましい用途を開発する。この用途は、本発明を限定するものではない。

【0004】

車両からの排気ガスには多数の化学成分が含まれていることが知られており、その一部は人の健康に、一部は環境に有害である。これらの汚染物質を環境および健康のために制限するために、これらの化学成分の測定および／または検出のための規制がヨーロッパ、米国および日本で導入されている。

【0005】

これらの危険な化学成分の一部を形成する窒素酸化物（以下、それらの化学式ＮＯ_Ｘと表記する）に関しては、排出制限がますます厳しくなり、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏなどを含む異なる窒素酸化物には特異的であるかもしれないが、ＮＯ_Ｘは、全体的に現在規制されている。

【0006】

車両の排気ガスに現在使用されているセンサは、ラムダプローブとしても知られるＮＯ_ＸセンサおよびＯ_２プローブである。それらは、固体電解質の動作原理とネルンストの法則に基づいており、かつイットリウムドープ酸化ジルコニウムに基づいている。

【0007】

これらのＮＯ_Ｘセンサは、異なるガス間で選択的ではなく、ガスＮＯ_２、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３に対応する全体の濃度を検出する。さらに、それらの応答時間は長く、これらのセンサは比較的高価である。

【0008】

光学センサ、金属酸化物センサ、音響センサ、重力センサなどのような他の異なるガスセンサ技術が存在する。しかし、現在のところ、Ｏ_２、Ｈ_２、ＮＯ_２、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ_２などの異なるガス状種において、車両の排気システム環境に耐性があり、選択的である高感度、高速、低コストのセンサは存在しない。

【0009】

それ故、ガス間で選択的な新世代のセンサが規制のこの発展に従うために必要である。さらに、アンモニアまたはＮＨ_３の濃度とＮＯ／ＮＯ_２比とを別々に決定することを可能にするセンサは、略称ＳＣＲとしても知られる選択的触媒還元システムの規制を改善することを可能にし、最初に尿素系混合物の形態で還元剤が分解することから生じるＮＨ_３の注入によってＮＯ_Ｘを低減する。

【0010】

これに関連して、窒化物（ＩＩＩ－Ｎ）半導体に基づくガスセンサの開発に関して研究が行われてきた。ＩＩＩ－Ｎ材料をベースとする半導体は、禁制帯が広い材料であり、これはガスセンサ用途に対する関心を持たせる。それらの熱安定性およびそれらの高い絶縁破壊電圧は、例えば自動車用の排気ラインおよび／または内燃機関に当てはまる高温用途にセンサを適したものにする。

【0011】

センサを使用したそのような排気ガスの測定は、本質的な利点をもたらす。実際、排気ガスの環境は、遭遇する高温の観点から非常に強調されている。

【0012】

電気接点を取り除くことにより、必要なコネクタに関連するコストの制約を回避することが可能になる。さらに、高温環境におけるこれらのコネクタの性能は、温度に関して制限要因となる可能性があり、センサ自体の機能ではない。

【0013】

センサは、液体環境またはアクセスが困難な環境でも動作することができ、液体含有量の測定も可能にし得る。これはまた、もはやコネクタを必要としないセンサの容積を減らすことを可能にする。

【0014】

しかしながら、液体またはガス状混合物中の成分を測定および／または検出するためのセンサは、特にこの成分単独に関連する必要がある、検出される成分の選択性に関して改善することができる。

【0015】

米国特許出願公開第２０１３／０２８８３７８号明細書は、化学的環境において１つまたは複数の成分を検出および測定するために使用される１つまたは複数のセンサを開示している。この１つまたは複数のセンサは、二次元電子ガスを含む界面領域を含む半導体構造に基づいている。成分（単数または複数）と反応する触媒を、半導体構造と接触させる。触媒によって１つまたは複数の成分から除去された粒子は、触媒と構造との間の界面で半導体構造の表面を不動態化し、触媒付近のガス中の電荷密度の変化を引き起こす。

【0016】

この基本構造が高電子移動度トランジスタまたはショットキーダイオードなどの電子装置に組み込まれると、電荷密度の変化は、装置の電気応答の変化として現れる。例えば、高電子移動度トランジスタでは、電荷密度の変化は、トランジスタを通る電流の変化の形で現れ、ショットキーダイオードでは、電荷密度の変化は、静電容量の変化の形で現れる。他方、この文献は、そのような装置によって成分を具体的に検出することがいかに可能であろうかを開示も示唆もしていない。

【0017】

したがって、本発明の基礎を形成する問題は、ガス状または液体混合物中に含まれる成分を検出および／または測定するためのセンサに関し、センサは、高電子移動度トランジスタを有する収集セルを備え、ガス状または液体混合物中に存在する他の異なる成分に関して選択的にこの成分含有量を正確に検出および／または測定する。

【0018】

この目的を達成するために、ガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分の中から少なくとも１つの特定の成分を検出または測定する方法は、ソースと、ドレインとを備え、ゲートがソースとドレインとの間に挿入される高電子移動度トランジスタを有する少なくとも１つの収集セルを備えるセンサによって本発明に従って提供され、ドレイン－ソース間電圧が印加され、収集セルの電流強度が記録され、ドレイン－ソース間電圧は、駆動されて電流強度を変化させ、電圧は、前記少なくとも１つの特定の成分の強度特性を有するプロファイルを供給するために実験によって予め決定された電圧モデルに従って駆動されることを特徴とする。

【0019】

技術的効果は、異なるドレイン－ソース間電圧によって、検出される特定の成分に対する選択性を大幅に改善することを可能にするセンサまたはセンサのアセンブリを得ることである。本発明による方法は、現在の方法、特にはるかに長い応答時間を必要とする温度でのサイクルと比較して非常に有利である。

【0020】

本発明による方法を使用することによって、選択性は、単に異なるドレイン－ソース間電圧によって複数のセンサを制御することによって、または単に単一のセンサでこの電圧を駆動することによって１秒未満で達成することができる。この制御は、特に排気ガスを測定および制御する用途のために、ガスまたは液体の検出およびガスまたは液体の測定において選択的かつ非常に迅速な、高電子移動度トランジスタを有するセンサまたはセンサのアレイを得ることを可能にする。

【0021】

この解決策の利点は、異なる成分間の選択性、応答時間の改善およびコストの削減である。

【0022】

有利には、前記少なくとも１つの特定の成分の強度プロファイル特性は、センサの電流強度の符号の反転を有する。

【0023】

有利には、センサの同じトランジスタは、異なる特定の成分専用の異なる所定のモデルに連続的に従う。

【0024】

有利には、所定の電圧モデルは、高周波電圧スケール上にある。

【0025】

有利には、検出または測定される成分は、一酸化窒素、二酸化窒素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および酸素の中から個別にまたは組み合わせて採取され、これらの成分は、自動車の排気ラインによって排出されるガス中に含まれる。

【0026】

本発明はまた、ソースと、ドレインとを備え、ゲートがソースとドレインとの間に挿入される高電子移動度トランジスタを有する少なくとも１つの収集セルを備えるセンサを洗浄するための方法に関し、センサは、ガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分の中から少なくとも１つの特定の成分を検出または測定するためのそのような方法に従って動作し、分極電圧は、ソース、ドレインおよびゲートのうちの要素の少なくとも２つの間に、またはソース、ドレインおよびゲートのうちの要素の２つの間に連続的に挿入された電極によって印加され、分極電圧または電極の電圧は、センサのゲートに保持された前記少なくとも１つの特定の成分からイオンを放出するために予め決定されることを特徴とする。

【0027】

電圧の印加は、感応面積の温度を上昇させ、感応面積によって捕捉されたガスイオンの放出を引き起こす。この表面の放出は、結合を破壊することによって、センサをその初期の状況に再生する。典型的には、高電子移動度トランジスタを有するセンサは、再生するために３００℃の温度上昇を必要とする。電圧を弱い面積、例えばゲートに印加することによって、この局所的な温度上昇は、センサ全体の温度を上昇させることなく十分となる。

【0028】

この新規な方法は、他のセンサが動作し続けている間に特定のセンサの再生を可能にするセンサのアレイの場合にセンサの迅速で目標とされた再生を可能にし、ガスの連続的な測定を保証する。

【0029】

本発明は、ガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分の中から少なくとも１つの特定の成分を検出または測定するためのセンサに関し、センサは、ソースと、ドレインとを備え、ゲートがソースとドレインとの間に挿入される高電子移動度トランジスタを有する少なくとも１つの収集セルを備え、センサは、ソース－ドレイン間電圧を印加するための手段と、収集セルの電流強度を監視するための手段とを有するマイクロプロセッサを備え、マイクロプロセッサは、記憶手段によって保存された電圧モデルに従って電圧を駆動するための手段と、電圧モデルの印加中に電流強度を記録するための手段と、記憶手段によって保存された前記少なくとも１つの特定の成分の強度プロファイル特性を認識するための手段とを備えることを特徴とする。

【0030】

有利には、センサは、ソース、ドレインおよびゲートのうちの要素の少なくとも２つの間に再生電圧を印加するための手段、またはソース、ドレインおよびゲートのうちの要素の２つの間に連続して延びる連続スロットの形態の電極と、再生電圧を電極に印加するための手段とを備え、再生電圧は、前記少なくとも１つの特定の成分からのセンサによって保持されたイオンの放出によってセンサの再生を行うのに十分である。

【0031】

本発明は、少なくとも２つの検出または測定センサのアセンブリに関し、各センサは、ガス状または液体混合物中に存在するそれぞれの特定の成分を検出し、前記少なくとも２つのセンサは、前述のとおりであり、前記少なくとも２つのセンサの各々は、前記少なくとも１つの特定の成分の記憶された電圧駆動モデルおよび記憶された強度プロファイル特性を有し、それぞれの成分の選択的検出は、前記少なくとも２つのセンサの各々によって行われることを特徴とする。

【0032】

本発明は、自動車内燃機関の排気ラインに関し、そのようなセンサまたは少なくとも２つの検出または測定センサのそのようなアセンブリを備え、ガス状または液体混合物は、排気ラインを通過する排気ガスによって形成され、前記少なくとも１つの特定の成分または前記少なくとも２つの特定の成分は、それぞれ排気ガス中に含まれる１つまたは複数の汚染物質であることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0033】

本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、非限定的な例として与えられている添付の図面に照らして明らかになるであろう。
図１は、高電子移動度トランジスタを備える収集セルを有する、本発明によるセンサの一実施形態の概略図である。
図２は、一酸化窒素ＮＯ、二酸化窒素ＮＯ_２およびアンモニアＮＨ_３などの異なる成分の電圧の関数としての電流強度曲線を示す図である。
図３および図３ａは、時間の関数としてそれぞれ２ボルトおよび７ボルトの電圧について、二酸化窒素を検出するための測定電圧を示す図である。
図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは、それぞれ２、５および７ボルトの異なる電圧について、一酸化窒素に対する分単位の応答時間の関数としてのミリアンペア単位の電流曲線を示す図である。
図５および図５ａは、再生電極を使用したセンサの有効面積の、本発明の文脈における好ましい再生を示す図である。
図６は、図５および図５ａのものの代替のセンサの有効面積の、再生電圧によって生成される本発明の文脈における好ましい再生を示す図である。
図７は、水素およびアンモニアの形態の成分について本発明によるセンサのゲートの白金層の厚さの関数として得られた、これらの２つの要素に対するセンサの感度を表す２つの電圧曲線を示す図である。
図８は、本発明によるセンサのゲートを形成する白金層のいくつかの形態を示す図である。

【0034】

図は例として示されており、本発明を限定するものではないことに留意されたい。それらは、本発明の理解を容易にすることを意図した概略図を構成しており、必ずしも実際の用途の規模ではない。特に、示されている様々な要素の寸法は、現実を表すものではない。

【0035】

以下、すべての図を組み合わせて参照する。１つまたは複数の特定の図を参照するとき、これらの図は、示されている参照番号を認識するために他の図と組み合わせて解釈される。

【0036】

すべての図、特に図１を参照すると、本発明は、ガス状または液体混合物中に存在する少なくとも１つの特定の成分を検出または測定するためのセンサ１に関する。センサ１は、ソース２と、ドレイン３とを備え、ゲート４がソース２とドレイン３との間に挿入される高電子移動度トランジスタを有する少なくとも１つの収集セルを備える。

【0037】

高電子移動度トランジスタは、２つの対向する側方端部でドレイン３およびソース２を支持する。一実施形態では、ソース２とドレイン３との間に、ナノ構造ＩＩＩ－Ｎ半導体層５と、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６または活性静電相互作用層とが延びており、半導体層５は、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６の上に重ねられている。Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６は、ＧａＮ層７の上に重ねられる。

【0038】

ナノ構造ＩＩＩ－Ｎ半導体層５は、電位差を生じさせることによって、検出または測定される成分（単数または複数）のイオン、例えば窒素酸化物ＮＯｘまたは酸素Ｏ_２に対する解離酸素陰イオンＯ^２－のための入力ゲートを形成する層４または層を支持する。入力ゲートを形成するこの層４またはこれらの層は、有利には、酸化物層１０で被覆されており、白金またはタングステンとすることができる。

【0039】

Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６の下には、ソース２とドレイン３とを接続するチャネルが延びており、チャネル自体は、ＧａＮ層７の上に重ねられ、絶縁基板として作用する。図５では、サファイア層１１が、ＧａＮ層７の下に設けられる。

【0040】

センサ１は、ソース２とドレイン３との間に電圧を印加するための手段と、収集セルの電流強度Ｉｍｅａｓを監視するための手段とを有するマイクロプロセッサを備える。本発明によれば、マイクロプロセッサは、記憶手段によって保存された電圧モデルに従った電圧駆動手段と、電圧モデルの印加中に電流強度Ｉｍｅａｓを記録するための手段と、記憶手段によって保存された前記少なくとも１つの特定の成分の強度プロファイル特性を認識するための手段とを備える。

【0041】

本発明はまた、前述のように、センサ１によってガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分の中から少なくとも１つの特定の成分を検出または測定するための方法に関する。電圧がソース２とドレイン３との間に印加され、収集セルの電流強度Ｉｍｅａｓが記録される。

【0042】

本発明によれば、ソース２－ドレイン３間電圧が駆動されて電流強度Ｉｍｅａｓを変化させ、電圧は、前記少なくとも１つの特定の成分の強度プロファイル特性を供給するために実験によって予め決定された電圧モデルに従って駆動される。

【0043】

センサ１の同じトランジスタは、異なる特定の成分専用の異なる所定のモデルに連続的に従うことができ、したがってこれは、ソース２とドレイン３との間に印加される電圧、すなわち電圧モデルの所定の発生の対象であった電圧を変えることによって可能である。この所定の電圧モデルは、高周波電圧スケールであり得る。

【0044】

本発明の好ましいが非限定的な用途は、個別にまたは組み合わせて採取される、以下の成分を検出または測定するためのものである：一酸化窒素ＮＯ、二酸化窒素ＮＯ_２、アンモニアＮＨ_３、一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ_２および酸素Ｏ_２。これらの成分は、非限定的なものであり、自動車の排気ラインによって排出されるガス中の主な含有物である。

【0045】

図２は、１５ｐｐｍおよび３００℃の温度での、窒素酸化物ＮＯ、二酸化窒素ＮＯ_２およびアンモニアＮＨ_３などの異なる成分のボルト単位の電圧の関数としての、ミリアンペア単位の電流強度Ｉｍｅａｓ曲線を示す。

【0046】

前記少なくとも１つの特定の成分の強度プロファイル特性は、センサ１の電流強度Ｉｍｅａｓの符号の反転を有することができる。これは、例えば自動車の排気ラインの一酸化窒素またはＮＯであるガス状成分の検出の場合である。高電子移動度トランジスタを有するセンサ１の構造において、ＮＯに対する信号電流は方向を変えるが、この信号変化は、ＮＯの存在下でのみ起こり、二酸化窒素ＮＯ_２またはアンモニアＮＨ_３の存在下では起こらない。

【0047】

図３および図３ａは、分単位の時間ｔの関数としてそれぞれ２ボルトおよび７ボルトの電圧について、二酸化窒素ＮＯ_２を検出するためのミリアンペアｍＡで測定された電流を示す。これらの図３および図３ａは、分単位の時間ｔの関数としてそれぞれ２、５および７ボルトの異なる電圧について、センサが一酸化窒素にさらされたときに一酸化窒素ＮＯを検出するためのミリアンペアｍＡで測定された電流に関して図４ａ、図４ｂおよび図４ｃと比較され、電流の最大の変動は、２ボルトで起こる突然の下降の形である。図３または図３ａにおけるＮＯ_２の存在下でのセンサの場合とは異なり、一酸化窒素ＮＯの発生は、分極電圧に大きく依存することが分かる。分極が２～７ボルトを通過するとき、下降から上昇に移る発生の反転が観察される。

【0048】

したがって、ＮＯ信号の符号の変化は、ドレイン３とソース２とゲート４との間に異なる電圧を印加することによって得られる。これは、化学的表面の反応を変えることを可能にする。電圧モデルは、個別に採取された成分において具体的に様々な成分について生成することができ、そのようなモデルの生成は、センサ１の電流強度を増大させることによって成分の正確な検出および測定をもたらすことができることが確立された。

【0049】

存在する異なるガス、例えば自動車の排気ガス中の成分の場合にはＮＯ_２、ＮＨ_３、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｏ_２などに対するセンサ１の選択性を改善するために、ＮＯ信号の符号変化を使用することが可能である。

【0050】

本発明はまた、少なくとも２つの検出または測定センサ１のアセンブリに関する。各センサ１は、ガス状または液体混合物中に存在するそれぞれの特定の成分を検出する。２つのセンサ１は、前述のとおりにすることができ、前記少なくとも２つのセンサ１の各々は、前記少なくとも１つの特定の成分の記憶された駆動電圧モデルおよび記憶された強度プロファイル特性を有し、それぞれの成分の選択的検出は、前記少なくとも２つのセンサ１の各々によって行われる。

【0051】

そのようなセンサ１は、その接触表面、特にそのゲート４、またはゲート４を覆う酸化物層１０への成分の粒子の堆積によって汚染されるという不都合を有する。ガス状または液体混合物中に存在するいくつかの成分の中から少なくとも１つの特定の成分を検出または測定するための前述の方法の文脈では、高電子移動度トランジスタを有するセンサ１を洗浄する方法を実施することができる。

【0052】

本発明による再生プロセスの第１の実施形態によれば、分極電圧は、ソース２、ドレイン３およびゲート４のうちの要素の２つの間に連続的に挿入された電極９によって印加され、電極９の電圧は、センサ１によってゲート４に保持された前記少なくとも１つの特定の成分のイオンを放出するために予め決定される。これは、電極９について図５および図５ａに示されている。

【0053】

本発明による再生プロセスの第２の実施形態によれば、分極電圧は、ソース２、ドレイン３およびゲート４のうちの要素の２つの間に印加され、分極電圧は、センサ１によって保持された前記少なくとも１つの特定の成分のイオンを放出するために予め決定される。これは、図６に示されている。

【0054】

図５、図５ａおよび図６において、Ｖ＋およびＭａｓｓは、再生回路の極を示す。センサ１の基部には、補助再生回路８ａが存在し得る。

【0055】

特に図１を参照すると、ゲート４は、有利には、酸化物層１０で被覆された白金またはタングステンから作られた本体を備える。高電子移動度トランジスタを有するセンサ１は、ゲート４の厚さ、その材料およびその形態の関数である多数の異なる検出機構を有することができる。

【0056】

例えば、ＮＯ_２とＮＯ／ＮＨ_３との間の選択性を示す図２の曲線は、ショットキーダイオードセンサのＢＧａＮ／ＧａＮ接点上の微細白金層を使用して得られたものである。

【0057】

ゲート４を形成する白金層の厚さは、微粒子がＢＧａＮ表面の成長プロセス中に形成される場合に白金層の細孔の存在を排除するために、１００ｎｍとすることができる。ゲート４の層の厚さは、感度に重大な影響を及ぼし、ＮＯ、ＮＯ_２、ＮＨ_３について１００ｎｍの白金層に対して０％、一方で１５ｎｍの白金層に対して２０％である。

【0058】

ＮＨ_３またはＮＨ_３信号の存在による測定信号は、符号を変え、ゲート４の形態および厚さに対する変更を実施することによって反転させることができることも注目されてきた。

【0059】

図７は、キャリアガスとしてアルゴン中の２０％の酸素を用いて１５０℃で水素Ｈ２およびアンモニアＮＨ_３についての、ナノメートルｎｍでのゲート４の白金層の厚さに対するミリボルトｍＶでの２つの電圧曲線を示す。センサの感度は電圧の関数であるため、図７では、感度がゲート４の厚さに依存していることが分かる。

【0060】

図８は、ゲート４を製造するための方法によるゲート４の異なる形態を示す。白金層の形態のゲート４は、図８のｄで参照される蒸着によって、ｂで参照される第１の圧力での噴霧によって、ｃで参照される第２の圧力での噴霧によって、またはナノピラーもしくは他の幾何学的構造でのマスキングによる白金を堆積を伴うａで参照される酸化物層で被覆することによって得ることができる。

【0061】

これらの修正は、感度および選択性を改善するために、高電子移動度トランジスタを有するセンサ１のすべての構造またはショットキーダイオードの形態のゲート４に適用することができる。

【0062】

本発明は、説明され図示された実施形態に決して限定されず、それらは単に例として与えられたものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図3a】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5-5a】

【図6】

【図7】

【図8】