JP2000275203A - 接触燃焼式ガスセンサ - Google Patents
接触燃焼式ガスセンサInfo
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- JP2000275203A JP2000275203A JP8308399A JP8308399A JP2000275203A JP 2000275203 A JP2000275203 A JP 2000275203A JP 8308399 A JP8308399 A JP 8308399A JP 8308399 A JP8308399 A JP 8308399A JP 2000275203 A JP2000275203 A JP 2000275203A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長寿命な接触燃焼式ガスセンサを提供する。
【解決手段】 基板ダイアフラム部に検出部を有する接
触燃焼式ガスセンサであって、該検出部の酸化触媒層の
厚さが２０μｍ以上である接触燃焼式ガスセンサ。
触燃焼式ガスセンサであって、該検出部の酸化触媒層の
厚さが２０μｍ以上である接触燃焼式ガスセンサ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、接触燃焼式ガスセ
ンサ技術に関する。
ンサ技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】接触燃焼式ガスセンサは、白金などから
なる導電性線材の周囲に酸化触媒層を配してなり、雰囲
気中の可燃ガスが酸化触媒層で雰囲気中の酸素により酸
化される際に生じる燃焼熱を検出し、可燃性ガス濃度を
測定するセンサである。このような接触燃焼式ガスセン
サのうち、コンパクトで、周辺の電気回路と共に一体化
が容易なものとして、アルミナ基板やシリコンウエハ等
を基板とし、これら基板上に薄膜ヒータを形成し、さら
にこの薄膜ヒータを覆うように酸化触媒層を形成してな
る薄膜型接触燃焼式ガスセンサが最近用いられるように
なってきた。
なる導電性線材の周囲に酸化触媒層を配してなり、雰囲
気中の可燃ガスが酸化触媒層で雰囲気中の酸素により酸
化される際に生じる燃焼熱を検出し、可燃性ガス濃度を
測定するセンサである。このような接触燃焼式ガスセン
サのうち、コンパクトで、周辺の電気回路と共に一体化
が容易なものとして、アルミナ基板やシリコンウエハ等
を基板とし、これら基板上に薄膜ヒータを形成し、さら
にこの薄膜ヒータを覆うように酸化触媒層を形成してな
る薄膜型接触燃焼式ガスセンサが最近用いられるように
なってきた。
【０００３】この薄膜型接触燃焼式ガスセンサは、その
薄膜ヒータの特性から、低消費電力であって電池駆動が
可能であり、また、応答性に優れ、さらに半導体製造技
術を応用することによって、小型化・大量生産が容易で
ある。図４にこのような薄膜型接触燃焼式ガスセンサＢ
の例を示す。
薄膜ヒータの特性から、低消費電力であって電池駆動が
可能であり、また、応答性に優れ、さらに半導体製造技
術を応用することによって、小型化・大量生産が容易で
ある。図４にこのような薄膜型接触燃焼式ガスセンサＢ
の例を示す。
【０００４】図４（ａ）に上面図（白金ヒータが見える
ように示してある）、図４（ｂ）に図４（ａ）のＤＤに
おける断面図をそれぞれ示す。なお、このセンサの場
合、上面は３ｍｍ×３ｍｍの正方形で、また、高さは
０．４ｍｍである。図中符号１がシリコン基板、２は酸
化ケイ素層（ＳｉＯ2、厚さ５０００Å）であり、この
酸化ケイ素層２の上にさらに窒化ケイ素層３（Ｓｉ
3Ｎ4、厚さ２５００Å）が設けられていて、これらが基
板を構成している。
ように示してある）、図４（ｂ）に図４（ａ）のＤＤに
おける断面図をそれぞれ示す。なお、このセンサの場
合、上面は３ｍｍ×３ｍｍの正方形で、また、高さは
０．４ｍｍである。図中符号１がシリコン基板、２は酸
化ケイ素層（ＳｉＯ2、厚さ５０００Å）であり、この
酸化ケイ素層２の上にさらに窒化ケイ素層３（Ｓｉ
3Ｎ4、厚さ２５００Å）が設けられていて、これらが基
板を構成している。
【０００５】この基板上に白金からなるヒータ（「白金
ヒータ４」、厚さ２５００Å）及びその端子４ａが設け
られ、この白金ヒータ４のヒータ部４ｂは厚さ数μｍの
酸化触媒層５（この例では厚さ３μｍのパラジウム添着
アルミナ層）により覆われている。
ヒータ４」、厚さ２５００Å）及びその端子４ａが設け
られ、この白金ヒータ４のヒータ部４ｂは厚さ数μｍの
酸化触媒層５（この例では厚さ３μｍのパラジウム添着
アルミナ層）により覆われている。
【０００６】なお、基板における酸化触媒層が設けられ
ている検出部α付近の裏面はシリコン基板が異方エッチ
ングにより除去されて薄くなっていて、酸化ケイ素層が
露出してダイアフラム部βを形成している。このダイア
フラム部βにより、検出部の熱容量、及び、基板への熱
伝導が小さくなっていて、消費電力の低減、センサ感度
の向上に寄与している。
ている検出部α付近の裏面はシリコン基板が異方エッチ
ングにより除去されて薄くなっていて、酸化ケイ素層が
露出してダイアフラム部βを形成している。このダイア
フラム部βにより、検出部の熱容量、及び、基板への熱
伝導が小さくなっていて、消費電力の低減、センサ感度
の向上に寄与している。
【０００７】このように薄膜型接触燃焼式ガスセンサは
消費電力が小さく、感度の高い優れたセンサであるが、
耐久性に問題があった。すなわち、比較的短時間の使用
によりセンサ感度が低下し、そのため、定期的な校正作
業やセンサ自体の交換作業、あるいは、測定値の補正の
ための特別な回路の付属による高コスト化及び高消費電
力化等、本来、電池駆動によるメンテナンスフリーを目
的とする分野への参入が可能とされた薄膜型接触燃焼式
ガスセンサにとって、まさに陥穽とも云えるような欠点
があった。
消費電力が小さく、感度の高い優れたセンサであるが、
耐久性に問題があった。すなわち、比較的短時間の使用
によりセンサ感度が低下し、そのため、定期的な校正作
業やセンサ自体の交換作業、あるいは、測定値の補正の
ための特別な回路の付属による高コスト化及び高消費電
力化等、本来、電池駆動によるメンテナンスフリーを目
的とする分野への参入が可能とされた薄膜型接触燃焼式
ガスセンサにとって、まさに陥穽とも云えるような欠点
があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来の問題点を改善する、すなわち、長寿命な接触燃焼式
ガスセンサを提供することを目的とする。
来の問題点を改善する、すなわち、長寿命な接触燃焼式
ガスセンサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来技術
に係る接触燃焼式ガスセンサにおける感度の経時変化に
ついて詳細な検討を行ったところ、感度の経時変化はヒ
ータを被覆している酸化触媒層の厚さに大きく影響され
ることを見出して本発明に至った。すなわち、本発明の
接触燃焼式ガスセンサは上記従来技術に係る課題を解決
するため、請求項１に記載の通り、基板ダイアフラム部
に検出部を有する接触燃焼式ガスセンサであって、該検
出部の酸化触媒層の厚さが２０μｍ以上である接触燃焼
式ガスセンサである。
に係る接触燃焼式ガスセンサにおける感度の経時変化に
ついて詳細な検討を行ったところ、感度の経時変化はヒ
ータを被覆している酸化触媒層の厚さに大きく影響され
ることを見出して本発明に至った。すなわち、本発明の
接触燃焼式ガスセンサは上記従来技術に係る課題を解決
するため、請求項１に記載の通り、基板ダイアフラム部
に検出部を有する接触燃焼式ガスセンサであって、該検
出部の酸化触媒層の厚さが２０μｍ以上である接触燃焼
式ガスセンサである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の接触燃焼式ガスセンサに
おいて、基板ダイアフラム部上に設けられた検出部の酸
化触媒層の厚さは２０μｍ以上であることが必要であ
る。２０μｍ未満であると充分なセンサ寿命が得られな
い。一方３００μｍ超である場合、消費電力が大きくな
り、その結果、長期間の電池駆動が困難になってしまう
ため、本発明の効果を充分に活かすようなメンテナンス
フリーの測定装置を構成することが困難となる。
おいて、基板ダイアフラム部上に設けられた検出部の酸
化触媒層の厚さは２０μｍ以上であることが必要であ
る。２０μｍ未満であると充分なセンサ寿命が得られな
い。一方３００μｍ超である場合、消費電力が大きくな
り、その結果、長期間の電池駆動が困難になってしまう
ため、本発明の効果を充分に活かすようなメンテナンス
フリーの測定装置を構成することが困難となる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の接触燃焼式ガスセンサについ
て具体的に説明する。図１に本発明に係る接触燃焼式ガ
スセンサの例Ａを示す。図１（ａ）に上面図（モデル
図）、また、図1（ｂ）に図1（ａ）のＤＤにおける断面
図（モデル図）を示す。
て具体的に説明する。図１に本発明に係る接触燃焼式ガ
スセンサの例Ａを示す。図１（ａ）に上面図（モデル
図）、また、図1（ｂ）に図1（ａ）のＤＤにおける断面
図（モデル図）を示す。
【００１２】なお、このセンサの、上面は３ｍｍ×３ｍ
ｍの正方形で、高さは０，４ｍｍである。図中符号１が
シリコン製の基板、２は酸化ケイ素層（ＳｉＯ2、厚さ
５０００Å）であり、基板を熱酸化して得られる。この
酸化ケイ素層の上にさらに強度向上のためＣＶＤによっ
て窒化ケイ素層（Ｓｉ3Ｎ4、厚さ２５００Å）が設けら
れていて、これらが基板を構成している。
ｍの正方形で、高さは０，４ｍｍである。図中符号１が
シリコン製の基板、２は酸化ケイ素層（ＳｉＯ2、厚さ
５０００Å）であり、基板を熱酸化して得られる。この
酸化ケイ素層の上にさらに強度向上のためＣＶＤによっ
て窒化ケイ素層（Ｓｉ3Ｎ4、厚さ２５００Å）が設けら
れていて、これらが基板を構成している。
【００１３】この基板上にスパッタリングにより白金製
のヒータ４（厚さ２５００Å）及びその端子４ａが設け
られ、この白金ヒータ４のヒータ部４ｂはスクリーン印
刷により厚さ数μｍの酸化触媒層５（この例では厚さ２
０μｍの１５重量％パラジウム添着アルミナ層）により
覆われている。なお、酸化触媒としては、パラジウムの
他、ロジウム、白金の使用及びこれらの併用ができ、担
体としてはアルミナの他、シリカ、酸化チタンなどを用
いることがでる。触媒の添加量は通常５〜１５重量％程
度である。また、これら酸化触媒層はディスペンサーに
よるディッピング等の方法で形成しても良い。
のヒータ４（厚さ２５００Å）及びその端子４ａが設け
られ、この白金ヒータ４のヒータ部４ｂはスクリーン印
刷により厚さ数μｍの酸化触媒層５（この例では厚さ２
０μｍの１５重量％パラジウム添着アルミナ層）により
覆われている。なお、酸化触媒としては、パラジウムの
他、ロジウム、白金の使用及びこれらの併用ができ、担
体としてはアルミナの他、シリカ、酸化チタンなどを用
いることがでる。触媒の添加量は通常５〜１５重量％程
度である。また、これら酸化触媒層はディスペンサーに
よるディッピング等の方法で形成しても良い。
【００１４】基板における酸化触媒層が設けられている
検出部α付近の裏面はシリコン基板が異方エッチングに
より除去されて薄くなっていて、酸化ケイ素層が露出し
てダイアフラム部βを形成している。このような薄いダ
イアフラム部上に検出部αを設けることにより、検出部
の熱容量、及び、基板への熱伝導が小さくなり、消費電
力の低減、センサ感度の向上等の効果が得られる。なお
この例では異方エッチングによりダイアフラム部βを形
成したが、サンドブラスト等の他の手段によっても良
い。
検出部α付近の裏面はシリコン基板が異方エッチングに
より除去されて薄くなっていて、酸化ケイ素層が露出し
てダイアフラム部βを形成している。このような薄いダ
イアフラム部上に検出部αを設けることにより、検出部
の熱容量、及び、基板への熱伝導が小さくなり、消費電
力の低減、センサ感度の向上等の効果が得られる。なお
この例では異方エッチングによりダイアフラム部βを形
成したが、サンドブラスト等の他の手段によっても良
い。
【００１５】ここで酸化触媒層５の厚さを変化させてセ
ンサを作製し、これらセンサをイソブタンガスを３００
０ｐｐｍ含む空気に暴露したときのセンサ出力への影響
を調べた。なお、通常の使用状態の場合には数年間の使
用を前提に１分毎に１００ミリ秒間センサを用いてこれ
を繰り返すが、以下の検討では加速試験として、連続通
電によってセンサの耐久性を評価した。ヒータ温度を４
５０℃に設定したときの結果を図２に示す。
ンサを作製し、これらセンサをイソブタンガスを３００
０ｐｐｍ含む空気に暴露したときのセンサ出力への影響
を調べた。なお、通常の使用状態の場合には数年間の使
用を前提に１分毎に１００ミリ秒間センサを用いてこれ
を繰り返すが、以下の検討では加速試験として、連続通
電によってセンサの耐久性を評価した。ヒータ温度を４
５０℃に設定したときの結果を図２に示す。
【００１６】図２により、酸化触媒層の厚さが１０μｍ
である場合には、センサ出力は３日間で０ｍＶとなって
しまうが、１０μｍ超であればこの連続通電試験で３日
以上の寿命があることが判る。なお、この試験での３日
間の寿命は通常の使用状態における５年間の寿命にほぼ
相当し、従って、この加速試験においての３日以上の寿
命は充分な長さであると評価される。一方、これらセン
サについての消費電力について調べた結果を図３に示
す。
である場合には、センサ出力は３日間で０ｍＶとなって
しまうが、１０μｍ超であればこの連続通電試験で３日
以上の寿命があることが判る。なお、この試験での３日
間の寿命は通常の使用状態における５年間の寿命にほぼ
相当し、従って、この加速試験においての３日以上の寿
命は充分な長さであると評価される。一方、これらセン
サについての消費電力について調べた結果を図３に示
す。
【００１７】図３より、触媒層の厚さが３００μｍのと
き消費電力が９０ｍＷとなることが判る。この値は、実
用上充分な測定方法である、毎分に１００ミリ秒の使用
を想定すると、通常用いられるリチウム電池２本で５年
間使用できる電力量に相当する。また、通常、ガスセン
サの交換は５年毎に行われることを考えあわせると、消
費電力が９０ｍＷ超の場合にはガスセンサ交換時期に先
立って、電池交換がメンテナンスとして必要となるた
め、触媒層の厚さは３００μｍ以下であることが望まし
い。
き消費電力が９０ｍＷとなることが判る。この値は、実
用上充分な測定方法である、毎分に１００ミリ秒の使用
を想定すると、通常用いられるリチウム電池２本で５年
間使用できる電力量に相当する。また、通常、ガスセン
サの交換は５年毎に行われることを考えあわせると、消
費電力が９０ｍＷ超の場合にはガスセンサ交換時期に先
立って、電池交換がメンテナンスとして必要となるた
め、触媒層の厚さは３００μｍ以下であることが望まし
い。
【００１８】
【発明の効果】本発明の接触燃焼式ガスセンサは、長寿
命で優れた接触燃焼式ガスセンサであり、長期間メンテ
ナンスフリーでの測定が可能となる。
命で優れた接触燃焼式ガスセンサであり、長期間メンテ
ナンスフリーでの測定が可能となる。
【図１】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサＡを示すモ
デル図である。 （ａ）上面図である。 （ｂ）断面図である。
デル図である。 （ａ）上面図である。 （ｂ）断面図である。
【図２】触媒層の厚さを変化させて作製したセンサの経
時変化を調べた結果を示す図である。
時変化を調べた結果を示す図である。
【図３】触媒層の厚さを変化させて作製したセンサの消
費電力を調べた結果を示す図である。
費電力を調べた結果を示す図である。
【図４】従来技術に係る接触燃焼式ガスセンサＢを示す
モデル図である。 （ａ）上面図である。 （ｂ）断面図である。
モデル図である。 （ａ）上面図である。 （ｂ）断面図である。
Ａ 本発明に係る接触燃焼式ガスセンサ Ｂ 従来技術に係る接触燃焼式ガスセンサ α 検出部 β ダイアフラム部 １ 基板 ２ 酸化ケイ素層 ３ 窒化ケイ素層 ４ ヒータ ４ａ 端子 ４ｂ ヒータ部 ５ 酸化触媒層
Claims (2)
- 【請求項１】 基板ダイアフラム部に検出部を有する接
触燃焼式ガスセンサであって、該検出部の酸化触媒層の
厚さが２０μｍ以上であることを特徴とする接触燃焼式
ガスセンサ。 - 【請求項２】上記酸化触媒層の厚さが３００μｍ以下で
あることを特徴とする請求項１に記載の接触燃焼式ガス
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8308399A JP2000275203A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 接触燃焼式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8308399A JP2000275203A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 接触燃焼式ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000275203A true JP2000275203A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13792297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8308399A Pending JP2000275203A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 接触燃焼式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000275203A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088285A1 (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-22 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | マイクロ熱電式ガスセンサ |
| JP2006047276A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-02-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 微細パターン形成方法 |
| JP2007010594A (ja) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 接触燃焼式ガスセンサ |
| JP2007248197A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Riken Keiki Co Ltd | 接触燃焼式ガスセンサ |
| JP2009058389A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知素子 |
| CN103293199A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-09-11 | 重庆大学 | 二氧化钛纳米管传感器气敏特性测试的实验装置及方法 |
| CN105911097A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-31 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 多通道薄膜型气敏材料响应测试装置 |
| KR20190139144A (ko) * | 2018-06-07 | 2019-12-17 | 야마하 파인 테크 가부시키가이샤 | 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법 |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP8308399A patent/JP2000275203A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088285A1 (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-22 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | マイクロ熱電式ガスセンサ |
| JP2006047276A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-02-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 微細パターン形成方法 |
| JP4581113B2 (ja) * | 2004-07-07 | 2010-11-17 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 微細パターン形成方法 |
| JP2007010594A (ja) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 接触燃焼式ガスセンサ |
| JP4639117B2 (ja) * | 2005-07-04 | 2011-02-23 | 日本特殊陶業株式会社 | 接触燃焼式ガスセンサ |
| JP2007248197A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Riken Keiki Co Ltd | 接触燃焼式ガスセンサ |
| JP2009058389A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知素子 |
| CN103293199A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-09-11 | 重庆大学 | 二氧化钛纳米管传感器气敏特性测试的实验装置及方法 |
| CN105911097A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-31 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 多通道薄膜型气敏材料响应测试装置 |
| KR20190139144A (ko) * | 2018-06-07 | 2019-12-17 | 야마하 파인 테크 가부시키가이샤 | 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법 |
| KR102219542B1 (ko) | 2018-06-07 | 2021-02-24 | 야마하 파인 테크 가부시키가이샤 | 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040412 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040720 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20041124 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |