JP2000258374A - 薄膜ガスセンサおよびそれを用いたガス警報器 - Google Patents
薄膜ガスセンサおよびそれを用いたガス警報器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低消費電力、かつ高感度の薄膜ガスセンサお
よびこれを用いたガス漏れ警報器の提供。 【解決手段】 絶縁層と感応層との間に、電気抵抗率が
感応層よりも高く、かつ結晶性の高い下地層を設け、感
応層のモルフォロジーを改善する。
よびこれを用いたガス漏れ警報器の提供。 【解決手段】 絶縁層と感応層との間に、電気抵抗率が
感応層よりも高く、かつ結晶性の高い下地層を設け、感
応層のモルフォロジーを改善する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池駆動を念頭に
おいた低消費電力型薄膜ガスセンサおよびそれを用いた
ガス警報器に関するものである。
おいた低消費電力型薄膜ガスセンサおよびそれを用いた
ガス警報器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的にガスセンサは、ガス漏れ警報器
などの用途に用いられ、例えば、ＣＯ、ＣＨ4 、Ｃ3 Ｈ
8 、ＣＨ2 ＯＨ、等といったある特定のガスに選択的に
感応するデバイスであり、その性質上、高感度、高選択
性、高応答性、高信頼性、低消費電力である必要があ
る。
などの用途に用いられ、例えば、ＣＯ、ＣＨ4 、Ｃ3 Ｈ
8 、ＣＨ2 ＯＨ、等といったある特定のガスに選択的に
感応するデバイスであり、その性質上、高感度、高選択
性、高応答性、高信頼性、低消費電力である必要があ
る。
【０００３】現在、家庭用として普及しているガス漏れ
警報器としては、都市ガス用またはプロパンガス用の可
燃性ガス検出を目的としたもの、燃焼機器の不完全燃焼
ガス検出を目的としたもの、または両方の機能を合わせ
持ったものなどがある。しかしながら、コストまたは設
置性の問題等から、これらのガス漏れ警報器の普及率は
それほど高くない。従って、普及率の向上を念頭におい
た設置性の改善、より具体的には、電池駆動としてコー
ドレス化することが望まれている。
警報器としては、都市ガス用またはプロパンガス用の可
燃性ガス検出を目的としたもの、燃焼機器の不完全燃焼
ガス検出を目的としたもの、または両方の機能を合わせ
持ったものなどがある。しかしながら、コストまたは設
置性の問題等から、これらのガス漏れ警報器の普及率は
それほど高くない。従って、普及率の向上を念頭におい
た設置性の改善、より具体的には、電池駆動としてコー
ドレス化することが望まれている。
【０００４】電池駆動を実現するためには、ガスセンサ
の低消費電力化が最も重要となり、かかる低消費電力化
のためには、ガスセンサをできるだけ薄くする必要があ
る。例えば、ヒーターおよび感応層を１μｍ以下の薄膜
で形成し、さらに、微細加工プロセスによりダイヤフラ
ム構造などの低熱容量構造とすることでガスセンサを薄
型化することが可能となる。
の低消費電力化が最も重要となり、かかる低消費電力化
のためには、ガスセンサをできるだけ薄くする必要があ
る。例えば、ヒーターおよび感応層を１μｍ以下の薄膜
で形成し、さらに、微細加工プロセスによりダイヤフラ
ム構造などの低熱容量構造とすることでガスセンサを薄
型化することが可能となる。
【０００５】従来の典型的な燃焼式ガスセンサまたは半
導体式ガスセンサでは、ガスセンサを２００℃〜４００
℃の高熱に加熱し検出する必要がある。また、例えば、
ＳｎＯ2 などの粉体を焼結して感応層を形成する従来法
では、スクリーン印刷のような技術を用いても薄型化に
は限界があり、いずれにおいても電池駆動として使用す
るには熱容量が大きすぎるという問題があった。さら
に、ガスセンサは、その構造において、ヒーター層また
は基板とガスを検知する感応層とが電気的に絶縁されて
いる必要があり、従来型の一般的なガスセンサでは、Ｓ
ｉ基板上に絶縁層として熱酸化ＳｉＯ2 膜が形成され、
その上にＳｎＯ2 を含む感応層が形成されている。しか
しながら、このようなガスセンサでは、感応層の下地と
なる絶縁層が感応層のモルフォロジーに影響を与えると
いう問題がある。
導体式ガスセンサでは、ガスセンサを２００℃〜４００
℃の高熱に加熱し検出する必要がある。また、例えば、
ＳｎＯ2 などの粉体を焼結して感応層を形成する従来法
では、スクリーン印刷のような技術を用いても薄型化に
は限界があり、いずれにおいても電池駆動として使用す
るには熱容量が大きすぎるという問題があった。さら
に、ガスセンサは、その構造において、ヒーター層また
は基板とガスを検知する感応層とが電気的に絶縁されて
いる必要があり、従来型の一般的なガスセンサでは、Ｓ
ｉ基板上に絶縁層として熱酸化ＳｉＯ2 膜が形成され、
その上にＳｎＯ2 を含む感応層が形成されている。しか
しながら、このようなガスセンサでは、感応層の下地と
なる絶縁層が感応層のモルフォロジーに影響を与えると
いう問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】絶縁層として使用され
る熱酸化ＳｉＯ2 は、アモルファス構造をとることが一
般に知られている。そのため、絶縁層として熱酸化Ｓｉ
Ｏ2 膜を用いた場合、感応層を形成するＳｎＯ2 は、該
絶縁層との界面から１００〜２００μｍの部分において
アモルファス構造となる。すなわち、該感応層における
アモルファス構造部分は、ガスに対して感応せず、さら
に比抵抗が低いためにガス感度を低下させる要因となっ
ていた。
る熱酸化ＳｉＯ2 は、アモルファス構造をとることが一
般に知られている。そのため、絶縁層として熱酸化Ｓｉ
Ｏ2 膜を用いた場合、感応層を形成するＳｎＯ2 は、該
絶縁層との界面から１００〜２００μｍの部分において
アモルファス構造となる。すなわち、該感応層における
アモルファス構造部分は、ガスに対して感応せず、さら
に比抵抗が低いためにガス感度を低下させる要因となっ
ていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って、これらの問題を
解決し、かつ、高感度、高選択性、高応答性、高信頼
性、低消費電力であるガスセンサに対する要望がある。
解決し、かつ、高感度、高選択性、高応答性、高信頼
性、低消費電力であるガスセンサに対する要望がある。
【０００８】本発明の第１の態様は、薄膜ガスセンサに
おいて、ＳｎＯ2 を含む感応層の下地として、電気抵抗
率が前記感応層におけるよりも高く、かつ結晶性の高い
下地層を設けることに関するものである。
おいて、ＳｎＯ2 を含む感応層の下地として、電気抵抗
率が前記感応層におけるよりも高く、かつ結晶性の高い
下地層を設けることに関するものである。
【０００９】本発明の第２の態様は、前記感応層がＳｉ
基板表面に形成された絶縁層を介して形成され、前記感
応層に１対の電極を備える前記に記載の薄膜ガスセンサ
に関するものである。
基板表面に形成された絶縁層を介して形成され、前記感
応層に１対の電極を備える前記に記載の薄膜ガスセンサ
に関するものである。
【００１０】本発明の第３の態様は、前記感応層に対応
する部分の前記Ｓｉ基板がエッチングにより排除された
ダイヤフラム構造である前記に記載の薄膜ガスセンサに
関するものである。
する部分の前記Ｓｉ基板がエッチングにより排除された
ダイヤフラム構造である前記に記載の薄膜ガスセンサに
関するものである。
【００１１】本発明の第４の態様は、前記ガスセンサに
ヒーターを備える前記のいずれかに記載の薄膜ガスセン
サに関するものである。
ヒーターを備える前記のいずれかに記載の薄膜ガスセン
サに関するものである。
【００１２】本発明の第５の態様は、前記下地層がＺｎ
Ｏ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 およびＺｒＯ2 からなる群か
ら選ばれる金属酸化物を含む前記のいずれかに記載の薄
膜ガスセンサに関するものである。
Ｏ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 およびＺｒＯ2 からなる群か
ら選ばれる金属酸化物を含む前記のいずれかに記載の薄
膜ガスセンサに関するものである。
【００１３】本発明の第６の態様は、前記下地層がアク
セプターとして＋１価、＋２価または＋３価となる元素
を添加したＳｎＯ2 である前記のいずれかに記載の薄膜
ガスセンサに関するものである。
セプターとして＋１価、＋２価または＋３価となる元素
を添加したＳｎＯ2 である前記のいずれかに記載の薄膜
ガスセンサに関するものである。
【００１４】本発明の第７の態様は、前記アクセプター
がＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕからなる元素群から選
ばれる前記に記載の薄膜ガスセンサに関するものであ
る。
がＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉおよびＣｕからなる元素群から選
ばれる前記に記載の薄膜ガスセンサに関するものであ
る。
【００１５】本発明の第８の態様は、前記のいずれかに
記載の薄膜ガスセンサを備えるガス警報器に関するもの
である。
記載の薄膜ガスセンサを備えるガス警報器に関するもの
である。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明に基づく薄膜ガスセンサで
は、絶縁層とＳｎＯ2 の感応層との間に、電気抵抗率が
感応層よりも高く、かつ結晶性の高い下地層を設ける。
該下地層として、金属酸化物を使用するか、またはＳｎ
Ｏ2 に対してアクセプターとなる＋１価、＋２価、ある
いは＋３価となる元素を添加したものを使用することが
できる。
は、絶縁層とＳｎＯ2 の感応層との間に、電気抵抗率が
感応層よりも高く、かつ結晶性の高い下地層を設ける。
該下地層として、金属酸化物を使用するか、またはＳｎ
Ｏ2 に対してアクセプターとなる＋１価、＋２価、ある
いは＋３価となる元素を添加したものを使用することが
できる。
【００１７】本発明の実施態様において使用することが
できる金属酸化物としては、結晶性の高いＺｎＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＳｒＴｉＯ3 、ＺｒＯ2 などの金属酸化物が挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。また、Ｓｎ
Ｏ2 に対してアクセプターとなる＋１価、＋２価、ある
いは＋３価となる元素を使用することができ、例えば、
Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＣｕなどが挙げられ、Ｓｎ
Ｏ2 に対して約０．５ｗｔ％の割合で添加する。
できる金属酸化物としては、結晶性の高いＺｎＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＳｒＴｉＯ3 、ＺｒＯ2 などの金属酸化物が挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。また、Ｓｎ
Ｏ2 に対してアクセプターとなる＋１価、＋２価、ある
いは＋３価となる元素を使用することができ、例えば、
Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＣｕなどが挙げられ、Ｓｎ
Ｏ2 に対して約０．５ｗｔ％の割合で添加する。
【００１８】以下、本発明にかかわる薄膜ガスセンサの
実施態様を図面に基づいて説明するが、これらに限定さ
れるものではない。
実施態様を図面に基づいて説明するが、これらに限定さ
れるものではない。
【００１９】図１は、本発明の薄膜ガスセンサに関する
一実施態様例を説明するための模式的断面図である。図
に示す薄膜ガスセンサは、熱酸化ＳｉＯ2 膜２（以下、
絶縁層ともいう）で表面をコートしたＳｉ基板１上に下
地層３、Ｐｔ電極４、およびＳｎＯ2 感応層５を順次積
層したものである。
一実施態様例を説明するための模式的断面図である。図
に示す薄膜ガスセンサは、熱酸化ＳｉＯ2 膜２（以下、
絶縁層ともいう）で表面をコートしたＳｉ基板１上に下
地層３、Ｐｔ電極４、およびＳｎＯ2 感応層５を順次積
層したものである。
【００２０】以下、図２を参照しながら図１に示す薄膜
ガスセンサの製造方法を説明する。事前に厚さ５００Å
の絶縁層２が設けられた厚さ４００μｍのＳｉ基板１に
ついて、有機溶剤等を用いて脱脂および洗浄する（図２
（ａ））。
ガスセンサの製造方法を説明する。事前に厚さ５００Å
の絶縁層２が設けられた厚さ４００μｍのＳｉ基板１に
ついて、有機溶剤等を用いて脱脂および洗浄する（図２
（ａ））。
【００２１】次いで、脱脂および洗浄されたＳｉ基板１
上に絶縁層２を介して下地層３を形成する（図２
（ｂ））。下地層３は、ＲＦマグネトロンスパッタリン
グ装置を用いた周知の反応性スパッタリング方法により
成膜し、厚さ５００Åの膜として絶縁層２上に積層され
る。この際の成膜条件は、Ａｒ＋Ｏ2 ガス圧力２Ｐａ、
基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2 である。タ
ーゲットとしては、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、Ｚ
ｒＯ2 を用いるか、または、＋１価、＋２価あるいは＋
３価のアクセプターとなる元素を０．５ｗｔ％含有させ
たＳｎＯ2 を用いる。
上に絶縁層２を介して下地層３を形成する（図２
（ｂ））。下地層３は、ＲＦマグネトロンスパッタリン
グ装置を用いた周知の反応性スパッタリング方法により
成膜し、厚さ５００Åの膜として絶縁層２上に積層され
る。この際の成膜条件は、Ａｒ＋Ｏ2 ガス圧力２Ｐａ、
基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2 である。タ
ーゲットとしては、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、Ｚ
ｒＯ2 を用いるか、または、＋１価、＋２価あるいは＋
３価のアクセプターとなる元素を０．５ｗｔ％含有させ
たＳｎＯ2 を用いる。
【００２２】次いで、下地層３の上にＰｔ電極４を設け
る（図２（ｃ））。Ｐｔ電極４は、ＲＦマグネトロンス
パッタリング装置を用いた通常のスパッタリング方法に
より成膜し、厚さ１０００μｍの膜として下地層３の上
に積層される。この際の成膜条件は、Ａｒガス圧力１Ｐ
ａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2 であ
る。
る（図２（ｃ））。Ｐｔ電極４は、ＲＦマグネトロンス
パッタリング装置を用いた通常のスパッタリング方法に
より成膜し、厚さ１０００μｍの膜として下地層３の上
に積層される。この際の成膜条件は、Ａｒガス圧力１Ｐ
ａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2 であ
る。
【００２３】最後に、感応層５を成膜することにより、
図１に示す薄膜ガスセンサが得られる。感応層５は、Ｒ
Ｆマグネトロンスパッタリング装置を用いた反応性スパ
ッタリング方法により成膜し、厚さ５０００μｍの膜と
して下地層３およびＰｔ電極４上に積層される。この際
の成膜条件は、Ａｒ＋Ｏ2 ガス圧力２Ｐａ、基板温度１
５０〜３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2 である。ター
ゲットとしては、ＳｎＯ2 を使用するか、またはＳｎＯ
2 を主成分として、必要に応じて任意の元素を添加して
使用することもできる。本発明の実施態様例では、０．
５ｗｔ％のＳｂおよび６．０ｗｔ％のＰｔをそれぞれ添
加したＳｎＯ2 を使用する。尚、ガスセンサの形状に応
じて、Ｐｔ電極および感応層の成膜工程を逆にすること
も可能である。
図１に示す薄膜ガスセンサが得られる。感応層５は、Ｒ
Ｆマグネトロンスパッタリング装置を用いた反応性スパ
ッタリング方法により成膜し、厚さ５０００μｍの膜と
して下地層３およびＰｔ電極４上に積層される。この際
の成膜条件は、Ａｒ＋Ｏ2 ガス圧力２Ｐａ、基板温度１
５０〜３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ2 である。ター
ゲットとしては、ＳｎＯ2 を使用するか、またはＳｎＯ
2 を主成分として、必要に応じて任意の元素を添加して
使用することもできる。本発明の実施態様例では、０．
５ｗｔ％のＳｂおよび６．０ｗｔ％のＰｔをそれぞれ添
加したＳｎＯ2 を使用する。尚、ガスセンサの形状に応
じて、Ｐｔ電極および感応層の成膜工程を逆にすること
も可能である。
【００２４】さらに、必要に応じて、薄膜ガスセンサの
裏面に適当なヒーターを設けるか、または該薄膜ガスセ
ンサを小型ヒーター上に載せることにより、感度および
応答速度を向上させることができる。
裏面に適当なヒーターを設けるか、または該薄膜ガスセ
ンサを小型ヒーター上に載せることにより、感度および
応答速度を向上させることができる。
【００２５】前述の方法により作製した薄膜ガスセンサ
は、一般的なガス警報器の形式に従って使用することが
できる。図３は、本発明にかかる薄膜ガスセンサを使用
したガス警報器の一実施態様例である。該ガス警報器に
おける感度および応答速度を向上させるために、ガスセ
ンサの絶縁層２と下地層３との間にヒーター６を設け
る。
は、一般的なガス警報器の形式に従って使用することが
できる。図３は、本発明にかかる薄膜ガスセンサを使用
したガス警報器の一実施態様例である。該ガス警報器に
おける感度および応答速度を向上させるために、ガスセ
ンサの絶縁層２と下地層３との間にヒーター６を設け
る。
【００２６】さらに、該ガスセンサの熱容量を小さくす
るために、感応層に対応するＳｉ基板部位をエッチング
することにより排除する。かかるＳｉ基板の部分的な排
除は、下地層を形成した後であれば、任意の工程で実施
することができる。図３に示すように、実際にガス警報
器として使用するためには、感応層５の電気抵抗率の変
化に応じて警報を発するブザー、およびヒーターを加熱
するための電源をそれぞれ設ける。
るために、感応層に対応するＳｉ基板部位をエッチング
することにより排除する。かかるＳｉ基板の部分的な排
除は、下地層を形成した後であれば、任意の工程で実施
することができる。図３に示すように、実際にガス警報
器として使用するためには、感応層５の電気抵抗率の変
化に応じて警報を発するブザー、およびヒーターを加熱
するための電源をそれぞれ設ける。
【００２７】１．ガスセンサの作製 （実施例１〜４）上述の方法に従い、それぞれの下地層
をＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＺｒＯ2 とした薄膜
ガスセンサを作製した。途中、図２の製造工程（ｂ）に
おいて下地層のＸ線解析および電気抵抗率の測定を行っ
た。その結果を表１に示す。
をＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＺｒＯ2 とした薄膜
ガスセンサを作製した。途中、図２の製造工程（ｂ）に
おいて下地層のＸ線解析および電気抵抗率の測定を行っ
た。その結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】Ｘ線解析の結果から、いずれの場合におい
ても、単一面に強く配向した結晶性の高い下地層が得ら
れていることが分かる。また、いずれの下地層において
も、感応層を形成するＳｎＯ2 の電気抵抗率の最大値
（１０ｋΩｃｍ以下）に対して、２桁以上高い電気抵抗
率を示した。
ても、単一面に強く配向した結晶性の高い下地層が得ら
れていることが分かる。また、いずれの下地層において
も、感応層を形成するＳｎＯ2 の電気抵抗率の最大値
（１０ｋΩｃｍ以下）に対して、２桁以上高い電気抵抗
率を示した。
【００３０】（実施例５から７）上述の方法に従い、下
地層として、０．５ｗｔ％のＮｉを含むＳｎＯ2、０．５
ｗｔ％のＺｎを含むＳｎＯ2 および０．５ｗｔ％のＩｎ
を含むＳｎＯ2 をそれぞれ使用し、薄膜ガスセンサを作
製した。途中、図２の製造工程（ｂ）において下地層の
電気抵抗率をそれぞれ測定した。測定結果を表２に示
す。
地層として、０．５ｗｔ％のＮｉを含むＳｎＯ2、０．５
ｗｔ％のＺｎを含むＳｎＯ2 および０．５ｗｔ％のＩｎ
を含むＳｎＯ2 をそれぞれ使用し、薄膜ガスセンサを作
製した。途中、図２の製造工程（ｂ）において下地層の
電気抵抗率をそれぞれ測定した。測定結果を表２に示
す。
【００３１】
【表２】
【００３２】表２から分かるように、いずれの下地層に
おいても、感応層を形成するＳｎＯ2 の電気抵抗率の最
大値（１０ｋΩｃｍ以下）に対して、２桁以上高い電気
抵抗率を示した。
おいても、感応層を形成するＳｎＯ2 の電気抵抗率の最
大値（１０ｋΩｃｍ以下）に対して、２桁以上高い電気
抵抗率を示した。
【００３３】（比較例１）下地層を設けない（図２の製
造工程（ｂ）なし）ことを除いて、前述の方法に従い薄
膜ガスセンサ（下地層なし）を作製した。
造工程（ｂ）なし）ことを除いて、前述の方法に従い薄
膜ガスセンサ（下地層なし）を作製した。
【００３４】２．ガスセンサの評価 ガスセンサの感度は、下式、 ガス感度＝Ｒ（空気中）／Ｒ（ガス中） により評価することができる。ここで、Ｒ（空気中）と
は空気中におけるガスセンサの電気抵抗率を示し、Ｒ
（ガス中）とは例えばＣＯ、ＣＨ4 といった検知される
ガス中におけるガスセンサの電気抵抗率を示す。ガスセ
ンサの感度を高めるためには、Ｒ（空気中）を高める
か、またはＲ（ガス中）を低くして検知されるガスの存
在による電気抵抗率の変化を大きくする必要がある。本
発明のガスセンサは下地層を設けることにより感応層の
モルフォロジーを改善し、Ｒ（空気中）の値を高めるこ
とで感度を向上するものである。
は空気中におけるガスセンサの電気抵抗率を示し、Ｒ
（ガス中）とは例えばＣＯ、ＣＨ4 といった検知される
ガス中におけるガスセンサの電気抵抗率を示す。ガスセ
ンサの感度を高めるためには、Ｒ（空気中）を高める
か、またはＲ（ガス中）を低くして検知されるガスの存
在による電気抵抗率の変化を大きくする必要がある。本
発明のガスセンサは下地層を設けることにより感応層の
モルフォロジーを改善し、Ｒ（空気中）の値を高めるこ
とで感度を向上するものである。
【００３５】実施例１において得られたＺｎＯの下地層
を有するガスセンサ、実施例５において得られた０．５
ｗｔ％（ＳｎＯ2 基準）のＮｉを含むＳｎＯ2 の下地層
を有するガスセンサおよび比較例１において得られた下
地層を持たないガスセンサについて、それぞれＲ（空気
中）の値を測定した。この結果を表３に示す。
を有するガスセンサ、実施例５において得られた０．５
ｗｔ％（ＳｎＯ2 基準）のＮｉを含むＳｎＯ2 の下地層
を有するガスセンサおよび比較例１において得られた下
地層を持たないガスセンサについて、それぞれＲ（空気
中）の値を測定した。この結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】下地層を有するガスセンサ（実施例１およ
び実施例５）のいずれにおいても、下地層を持たないガ
スセンサ（比較例１）に比べて著しく高い電気抵抗率で
あることが分かる。これらの結果は、感応層のモルフォ
ロジーの変化に対応するものである。下地層の有無によ
ってＲ（ガス中）の値はＲ（空気中）の値ほど大きく変
化しないので、表３に見られるＲ（空気中）の著しい違
いがガス感度に反映されることになる。
び実施例５）のいずれにおいても、下地層を持たないガ
スセンサ（比較例１）に比べて著しく高い電気抵抗率で
あることが分かる。これらの結果は、感応層のモルフォ
ロジーの変化に対応するものである。下地層の有無によ
ってＲ（ガス中）の値はＲ（空気中）の値ほど大きく変
化しないので、表３に見られるＲ（空気中）の著しい違
いがガス感度に反映されることになる。
【００３８】図４は、下地層を設けた場合と下地層なし
の場合について、ＳｎＯ2 の感応層におけるモルフォロ
ジーを示す模式図である。図中、（ａ）は、本発明に従
って作製された（実施例１〜７）下地層を有する薄膜ガ
スセンサの感応層、（ｂ）は下地層を設けること以外は
上記（ａ）の場合と同様に作製された（比較例１）薄膜
ガスセンサ（下地層なし）の感応層を示すものである。
の場合について、ＳｎＯ2 の感応層におけるモルフォロ
ジーを示す模式図である。図中、（ａ）は、本発明に従
って作製された（実施例１〜７）下地層を有する薄膜ガ
スセンサの感応層、（ｂ）は下地層を設けること以外は
上記（ａ）の場合と同様に作製された（比較例１）薄膜
ガスセンサ（下地層なし）の感応層を示すものである。
【００３９】この模式図から明らかなように、図４
（ｂ）では感応層と絶縁層との境界部に感応層の一部が
アモルファス層７として存在するのに対して、図４
（ａ）では、感応層は柱状構造層８として存在（アモル
ファス層が存在しない）する。すなわち、下地層を設け
ることにより感応層におけるモルフォロジーの改善が見
られる。
（ｂ）では感応層と絶縁層との境界部に感応層の一部が
アモルファス層７として存在するのに対して、図４
（ａ）では、感応層は柱状構造層８として存在（アモル
ファス層が存在しない）する。すなわち、下地層を設け
ることにより感応層におけるモルフォロジーの改善が見
られる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく薄
膜ガスセンサは、絶縁層と感応層との間に、感応層の電
気抵抗率より高く、かつ結晶性の高い下地層を設けるこ
とで、感応層のモルフォロジーを改善し、ガス感度を向
上することが可能となる。これにより従来の焼結型や厚
膜型と同等以上の感度を持ち、熱容量の小さいセンサを
提供することが可能となった。
膜ガスセンサは、絶縁層と感応層との間に、感応層の電
気抵抗率より高く、かつ結晶性の高い下地層を設けるこ
とで、感応層のモルフォロジーを改善し、ガス感度を向
上することが可能となる。これにより従来の焼結型や厚
膜型と同等以上の感度を持ち、熱容量の小さいセンサを
提供することが可能となった。
【図１】本発明の薄膜ガスセンサの断面図である。
【図２】本発明の薄膜ガスセンサの製造工程を示す断面
図である。
図である。
【図３】本発明の薄膜ガスセンサを使用したガス警報器
の一実施態様例を示す概略図である。
の一実施態様例を示す概略図である。
【図４】実施例および比較例における感応層のモルフォ
ロジーに関する模式図である。
ロジーに関する模式図である。
１ Ｓｉ基板 ２ 熱酸化ＳｉＯ2 膜（絶縁層） ３ 下地層 ４ Ｐｔ電極 ５ ＳｎＯ2 膜（感応層） ６ ヒーター ７ アモルファス層 ８ 柱状構造層
フロントページの続き (72)発明者 河田 泰之 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 井上 文宏 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G046 AA11 AA19 AA21 AA24 BA01 BA09 BB02 BB04 BE03 DB04 DB05 DC09 DD01 EA04 FB02 FE04 FE07 FE09 FE10 FE11 FE12 FE20 FE21 FE25 FE38 FE39 FE40 FE44 FE45 FE48 FE49
Claims (8)
- 【請求項１】 薄膜ガスセンサにおいて、ＳｎＯ2 を含
む感応層の下地として、電気抵抗率が前記感応層におけ
るよりも高く、かつ結晶性の高い下地層を設けることを
特徴とする薄膜ガスセンサ。 - 【請求項２】 前記感応層がＳｉ基板表面に形成された
絶縁層を介して形成され、前記感応層に１対の電極を備
えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜ガスセン
サ。 - 【請求項３】 前記感応層に対応する部分の前記Ｓｉ基
板がエッチングにより排除されたダイヤフラム構造であ
ることを特徴とする請求項２に記載の薄膜ガスセンサ。 - 【請求項４】 前記ガスセンサにヒーターを備えること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の薄膜ガ
スセンサ。 - 【請求項５】 前記下地層は、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｒＴ
ｉＯ3 およびＺｒＯ2 からなる群から選ばれる金属酸化
物を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに
記載の薄膜ガスセンサ。 - 【請求項６】 前記下地層は、アクセプターとして＋１
価、＋２価または＋３価となる元素を添加したＳｎＯ2
であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
載の薄膜ガスセンサ。 - 【請求項７】 前記アクセプターは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、
ＮｉおよびＣｕからなる元素群から選ばれることを特徴
とする請求項６に記載の薄膜ガスセンサ。 - 【請求項８】 請求項１から７のいずれかに記載の薄膜
ガスセンサを備えることを特徴とするガス警報器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6191799A JP2000258374A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 薄膜ガスセンサおよびそれを用いたガス警報器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6191799A JP2000258374A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 薄膜ガスセンサおよびそれを用いたガス警報器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000258374A true JP2000258374A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13185008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6191799A Pending JP2000258374A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 薄膜ガスセンサおよびそれを用いたガス警報器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000258374A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004048957A1 (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-10 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | 酸化性ガスセンサ |
| JP2010060481A (ja) * | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサおよびその製造方法 |
| JP2014098607A (ja) * | 2012-11-14 | 2014-05-29 | Kinki Univ | 化学センサおよび化学センサの製造方法 |
| CN104132987A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-11-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于烃类气体检测的气敏原件的制备方法 |
| CN111624236A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-09-04 | 黄辉 | 一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法 |
-
1999
- 1999-03-09 JP JP6191799A patent/JP2000258374A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004048957A1 (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-10 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | 酸化性ガスセンサ |
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| CN111624236A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-09-04 | 黄辉 | 一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法 |
| CN111624236B (zh) * | 2020-01-14 | 2023-12-26 | 黄辉 | 一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法 |
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