JP2000292398A - 薄膜ガスセンサ - Google Patents
薄膜ガスセンサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電池駆動するために微小化したガス感知層と感
知電極間のコンタクト抵抗を低減してガス感知感度（Ｒ
0／Ｒｇ）を高める。 【解決手段】微小化したＳｎＯ2ガス感知層とこれに接
合する感知電極との間にガス感知層よりドナー密度の高
いコンタクト層を設けることにより、感知電極とガス感
知層のコンタクト抵抗を小さくして、感知電極間抵抗の
ガス感知による抵抗変化の割合を増大させる。
知電極間のコンタクト抵抗を低減してガス感知感度（Ｒ
0／Ｒｇ）を高める。 【解決手段】微小化したＳｎＯ2ガス感知層とこれに接
合する感知電極との間にガス感知層よりドナー密度の高
いコンタクト層を設けることにより、感知電極とガス感
知層のコンタクト抵抗を小さくして、感知電極間抵抗の
ガス感知による抵抗変化の割合を増大させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電池駆動を想定
した低消費電力型の薄膜ガスセンサに関する。
した低消費電力型の薄膜ガスセンサに関する。
【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、ある特定ガス、例えば、ＣＯ、
ＣＨ4、Ｃ3Ｈ8、ＣＨ3ＯＨ等を選択的に感知するデバイ
スであり、その性格上、高感度、高選択性、高応答性、
高信頼性、低消費電力が必要不可決である。
などの用途に用いられ、ある特定ガス、例えば、ＣＯ、
ＣＨ4、Ｃ3Ｈ8、ＣＨ3ＯＨ等を選択的に感知するデバイ
スであり、その性格上、高感度、高選択性、高応答性、
高信頼性、低消費電力が必要不可決である。
【０００３】ところで、家庭用として普及しているガス
漏れ警報器には、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性
ガスの検知を目的としたものと、燃焼機器の不完全燃焼
ガスの検知を目的としたもの、または、両方の機能を合
わせ持ったものなどがあるが、いずれもコストや設置性
の問題から普及率はそれほど高くない。このような事情
から普及率の向上をはかるべく、設置性の改善、具体的
には、電池駆動としコードレス化することが望まれてい
る。
漏れ警報器には、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性
ガスの検知を目的としたものと、燃焼機器の不完全燃焼
ガスの検知を目的としたもの、または、両方の機能を合
わせ持ったものなどがあるが、いずれもコストや設置性
の問題から普及率はそれほど高くない。このような事情
から普及率の向上をはかるべく、設置性の改善、具体的
には、電池駆動としコードレス化することが望まれてい
る。
【０００４】ガスセンサの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であるが、接触燃
焼式や半導体式のガスセンサでは、ガス感知膜を２００
℃〜５００℃の高温に加熱する必要がある。ＳｎＯ2な
どの粉体を焼結して作製したガス感知膜では、スクリー
ン印刷等の方法を用いても感知膜の厚みを薄くするには
限界があるため、これを電池で駆動した場合、感知膜の
熱容量が大きすぎて、これを加熱するための電力で電池
の消耗が大きくて実用とはならなかった。
ガスセンサの低消費電力化が最も重要であるが、接触燃
焼式や半導体式のガスセンサでは、ガス感知膜を２００
℃〜５００℃の高温に加熱する必要がある。ＳｎＯ2な
どの粉体を焼結して作製したガス感知膜では、スクリー
ン印刷等の方法を用いても感知膜の厚みを薄くするには
限界があるため、これを電池で駆動した場合、感知膜の
熱容量が大きすぎて、これを加熱するための電力で電池
の消耗が大きくて実用とはならなかった。
【０００５】そこで、ヒーター、ガス感知膜を微小薄膜
で形成し、さらに、微細加工プロセスにより支持基板を
ダイヤフラム様の構造として低熱容量化を図った薄膜ガ
スセンサの実現が待たれている。
で形成し、さらに、微細加工プロセスにより支持基板を
ダイヤフラム様の構造として低熱容量化を図った薄膜ガ
スセンサの実現が待たれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】薄膜ガスセンサを電池
で駆動する場合、低熱容量・高応答性の要求から、ガス
感知膜の長さ（電極間隔）は２００μｍ以下にする必要
がある。このようにガス感知膜を微小化すると、感知膜
と電極間のコンタクト抵抗の割合が増加し、ガス感知の
感度が低下するという問題がある。
で駆動する場合、低熱容量・高応答性の要求から、ガス
感知膜の長さ（電極間隔）は２００μｍ以下にする必要
がある。このようにガス感知膜を微小化すると、感知膜
と電極間のコンタクト抵抗の割合が増加し、ガス感知の
感度が低下するという問題がある。
【０００７】ガス漏れ警報器の検知対象となる、ＣＯ、
ＣＨ4等の可燃性ガスの酸素との反応時間は３０ｍｓ以
内であるため、ヒーターによるガス感知膜の昇温時間も
３０ｍｓ以内であることが要求される。通常、ガス漏れ
警報器は２０〜６０秒の一定周期に一回の検知が必要で
あり、この周期に合わせてガス感知膜を室温から２００
〜５００℃の高温に加熱する。ヒーターの応答が遅い場
合は、ガス感知に遅れが生じ、ヒーターのオン時間をそ
れだけ長くしなければならない。ヒーターのオン時間が
長くなる分、オフ時間も含めた平均消費電力が増大し、
電池寿命を低下させることになる。
ＣＨ4等の可燃性ガスの酸素との反応時間は３０ｍｓ以
内であるため、ヒーターによるガス感知膜の昇温時間も
３０ｍｓ以内であることが要求される。通常、ガス漏れ
警報器は２０〜６０秒の一定周期に一回の検知が必要で
あり、この周期に合わせてガス感知膜を室温から２００
〜５００℃の高温に加熱する。ヒーターの応答が遅い場
合は、ガス感知に遅れが生じ、ヒーターのオン時間をそ
れだけ長くしなければならない。ヒーターのオン時間が
長くなる分、オフ時間も含めた平均消費電力が増大し、
電池寿命を低下させることになる。
【０００８】ヒーターが円盤状でダイヤフラム様の支持
基板の中心にあると考えた場合、ヒーターの半径を
ｒh、ヒーターへの投入パワーをＰとすると、ヒーター
による加熱温度をΔＴだけ昇温するのに要する時間ｔh
は、投入パワー×時間＝熱容量×温度変化 の関係か
ら、ｔh＝Ｃ・ΔＴ・ｒh 2／Ｐ （Ｃ：比例定数）とな
る。したがって、加熱の応答時間はヒーターの半径の２
乗に比例して決まる。ｔh＝３０ｍｓでｒh＝２００μｍ
とすると、ヒーター部の大きさ以下にすべきガス感知膜
部は、２００μｍ以下にする必要がある。
基板の中心にあると考えた場合、ヒーターの半径を
ｒh、ヒーターへの投入パワーをＰとすると、ヒーター
による加熱温度をΔＴだけ昇温するのに要する時間ｔh
は、投入パワー×時間＝熱容量×温度変化 の関係か
ら、ｔh＝Ｃ・ΔＴ・ｒh 2／Ｐ （Ｃ：比例定数）とな
る。したがって、加熱の応答時間はヒーターの半径の２
乗に比例して決まる。ｔh＝３０ｍｓでｒh＝２００μｍ
とすると、ヒーター部の大きさ以下にすべきガス感知膜
部は、２００μｍ以下にする必要がある。
【０００９】また、ガス感知膜に半導体を用いた場合、
感知膜とこれに接続される金属の感知電極との界面に
は、通常ショットキーバリアーが形成され、感知膜部の
1対の電極間の抵抗は、感知膜の内部抵抗（感知膜抵
抗）と、感知膜と電極間のコンタクト抵抗との和とな
る。感知膜部の電極間隔が十分大きい時には、感知膜抵
抗に対しコンタクト抵抗は十分無視できるほど小さい
が、電極間隔が２００μｍ以下では全抵抗に対しコンタ
クト抵抗の割合が無視できないほど大きくなる。コンタ
クト抵抗はガスによって変化しないため、この抵抗が大
きくなるとガス感知感度が低下することになる。
感知膜とこれに接続される金属の感知電極との界面に
は、通常ショットキーバリアーが形成され、感知膜部の
1対の電極間の抵抗は、感知膜の内部抵抗（感知膜抵
抗）と、感知膜と電極間のコンタクト抵抗との和とな
る。感知膜部の電極間隔が十分大きい時には、感知膜抵
抗に対しコンタクト抵抗は十分無視できるほど小さい
が、電極間隔が２００μｍ以下では全抵抗に対しコンタ
クト抵抗の割合が無視できないほど大きくなる。コンタ
クト抵抗はガスによって変化しないため、この抵抗が大
きくなるとガス感知感度が低下することになる。
【００１０】したがって、この発明の課題は、電池駆動
を可能する薄膜ガスセンサにおけるガス感知感度を高め
ることにある。
を可能する薄膜ガスセンサにおけるガス感知感度を高め
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明では、薄膜状の支持膜の外周部また
は両端部をＳｉ基板により支持し、外周部または両端部
が厚く中央部が薄く形成されたダイヤフラム様の支持基
板上に、薄膜のヒーターを形成し、この薄膜のヒーター
を電気絶縁膜で覆い、その上に半導体薄膜によりガス感
知膜を形成し、このガス感知膜に接して所定間隔置いて
1対の感知電極間を設けてなる薄膜ガスセンサにおい
て、前記ガス感知膜と1対の感知電極との間に、それぞ
れガス感知膜よりもドナー密度が高く低抵抗のコンタク
ト層を形成したことを特徴とする。
め、請求項１の発明では、薄膜状の支持膜の外周部また
は両端部をＳｉ基板により支持し、外周部または両端部
が厚く中央部が薄く形成されたダイヤフラム様の支持基
板上に、薄膜のヒーターを形成し、この薄膜のヒーター
を電気絶縁膜で覆い、その上に半導体薄膜によりガス感
知膜を形成し、このガス感知膜に接して所定間隔置いて
1対の感知電極間を設けてなる薄膜ガスセンサにおい
て、前記ガス感知膜と1対の感知電極との間に、それぞ
れガス感知膜よりもドナー密度が高く低抵抗のコンタク
ト層を形成したことを特徴とする。
【００１２】請求項１の発明においては、ガス感知膜を
ＳｎＯ2薄膜により構成することができる（請求項２の
発明）。
ＳｎＯ2薄膜により構成することができる（請求項２の
発明）。
【００１３】請求項１または２の発明においては、Ｓｎ
Ｏ2薄膜により構成したガス感知膜にＰｔまたはＰｄを
添加することができる（請求項３の発明）。
Ｏ2薄膜により構成したガス感知膜にＰｔまたはＰｄを
添加することができる（請求項３の発明）。
【００１４】請求項３の発明においては、コンタクト層
を添加物を含まないＳｎＯ2薄膜により構成することが
できる（請求項４の発明）。
を添加物を含まないＳｎＯ2薄膜により構成することが
できる（請求項４の発明）。
【００１５】請求項１，２または3の発明においては、
コンタクト層を構成するＳｎＯ2薄膜にドナーとなる＋
５価あるいは＋６価となる元素、具体的にはＡｓ、Ｓ
ｂ、ＴａあるいはＮｂを添加することができる（請求項
５または６の発明）。
コンタクト層を構成するＳｎＯ2薄膜にドナーとなる＋
５価あるいは＋６価となる元素、具体的にはＡｓ、Ｓ
ｂ、ＴａあるいはＮｂを添加することができる（請求項
５または６の発明）。
【００１６】
【発明の実施の形態】図1には、この発明の実施の形態
を説明するために、薄膜ガスセンサを概略的に示す縦断
面図である。
を説明するために、薄膜ガスセンサを概略的に示す縦断
面図である。
【００１７】図1において、１０は、支持基板であり、
当初は両面に熱酸化ＳｉＯ2膜１２を備えたＳｉ基板１
１と、その表面に順次プラズマＣＶＤ法で形成された、
支持膜および熱絶縁膜となるＳｉ3Ｎ4膜１３およびＳｉ
Ｏ2膜１４とを備える。この支持基板の上面に、スパッ
タ法により、Ｎｉ−Ｃｒ膜からなるヒーター層１がほぼ
中央に、そしてＳｉＯ2膜からなる電気絶縁層２が全面
に順次形成される。
当初は両面に熱酸化ＳｉＯ2膜１２を備えたＳｉ基板１
１と、その表面に順次プラズマＣＶＤ法で形成された、
支持膜および熱絶縁膜となるＳｉ3Ｎ4膜１３およびＳｉ
Ｏ2膜１４とを備える。この支持基板の上面に、スパッ
タ法により、Ｎｉ−Ｃｒ膜からなるヒーター層１がほぼ
中央に、そしてＳｉＯ2膜からなる電気絶縁層２が全面
に順次形成される。
【００１８】この電気絶縁層２の上に、接合強度を高め
るためのＰｒまたはＡｕ膜からなる接合層３を介してガ
ス感知層の感知電極となる、１対のＴａまたはＴｉ膜か
らなる電極層４、４がヒーター層１の配置された位置と
に対応する位置に所定の間隔をおいてスパッタ法により
形成される。次に一般には、この１対の電極層４、４を
渡るようにスパッタ法によりＳｎＯ2膜からなるガス感
知層６が絶縁層２の上に形成されるが、この発明におい
ては、この前に、１対の電極４、４のそれぞれの上面お
よび相互の対向面にガス感知層６と同様にＳｎＯ2を基
材にした膜によりコンタクト層５、５が形成され、その
後でガス感知層6が形成される。したがって、電極層
４、４とガス感知膜６との間にコンタクト層５、５が介
在されるようになる。
るためのＰｒまたはＡｕ膜からなる接合層３を介してガ
ス感知層の感知電極となる、１対のＴａまたはＴｉ膜か
らなる電極層４、４がヒーター層１の配置された位置と
に対応する位置に所定の間隔をおいてスパッタ法により
形成される。次に一般には、この１対の電極層４、４を
渡るようにスパッタ法によりＳｎＯ2膜からなるガス感
知層６が絶縁層２の上に形成されるが、この発明におい
ては、この前に、１対の電極４、４のそれぞれの上面お
よび相互の対向面にガス感知層６と同様にＳｎＯ2を基
材にした膜によりコンタクト層５、５が形成され、その
後でガス感知層6が形成される。したがって、電極層
４、４とガス感知膜６との間にコンタクト層５、５が介
在されるようになる。
【００１９】前記接合層３および感知電極層４、４のＲ
Ｆマグネトロンスパッタ装置による成膜条件は、両方と
も同じで、Ａｒガス圧力を１Ｐａ、基板温度を３００
℃、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ2とし、膜厚を接合層３は
５００Åに、感知電極４，４は２０００Åに仕上げた。
Ｆマグネトロンスパッタ装置による成膜条件は、両方と
も同じで、Ａｒガス圧力を１Ｐａ、基板温度を３００
℃、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ2とし、膜厚を接合層３は
５００Åに、感知電極４，４は２０００Åに仕上げた。
【００２０】コンタクト層５、５およびガス感知層６の
成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて反応ス
パッタリング方法よって行い、その成膜条件は、いずれ
もＡｒ＋Ｏ2ガスの圧力を２Ｐａ、基板温度を１５０〜
３００℃、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ2とした。ターゲッ
トは、コンタクト層には、添加物を含まない純粋なＳｎ
Ｏ2を用い、ガス感知層には、Ｐｔを６ｗｔ％含有する
ＳｎＯ2を用いる。膜厚は、コンタクト層を２００、ガ
ス感知層を５０００に仕上げた。
成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて反応ス
パッタリング方法よって行い、その成膜条件は、いずれ
もＡｒ＋Ｏ2ガスの圧力を２Ｐａ、基板温度を１５０〜
３００℃、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ2とした。ターゲッ
トは、コンタクト層には、添加物を含まない純粋なＳｎ
Ｏ2を用い、ガス感知層には、Ｐｔを６ｗｔ％含有する
ＳｎＯ2を用いる。膜厚は、コンタクト層を２００、ガ
ス感知層を５０００に仕上げた。
【００２１】このように仕上げられた基板を、最後に基
板の裏面側（図１の下方側）からエッチングにより裏面
の図１には図示されないＳｉＯ2膜を除去する共にＳｉ
基板１１の外周部または両端部を残して中央部を表面側
のＳｉＯ2膜１２まで除去し、支持基板１０を外周部ま
たは両端部が厚くて中央が薄いダイヤフラム様の構造と
した。
板の裏面側（図１の下方側）からエッチングにより裏面
の図１には図示されないＳｉＯ2膜を除去する共にＳｉ
基板１１の外周部または両端部を残して中央部を表面側
のＳｉＯ2膜１２まで除去し、支持基板１０を外周部ま
たは両端部が厚くて中央が薄いダイヤフラム様の構造と
した。
【００２２】
【実施例】上記のように構成したこの発明による薄膜ガ
スセンサの特性を測定するために表１に示すように、実
施例としてコンタクト層を備えた、感知電極の間隔を１
００μｍ（実施例１）、２００μｍ（実施例２）および
２０００μｍ（実施例３）にしたものを用意し、これに
対する比較例として、コンタクト層を備えていない、す
なわち感知電極が直接ガス感知層に接合された、感知電
極の間隔を実施例と同様に１００μｍ（比較例１）、２
００μｍ（比較例２）および２０００μｍ（比較例３）
にしたものを用意した。
スセンサの特性を測定するために表１に示すように、実
施例としてコンタクト層を備えた、感知電極の間隔を１
００μｍ（実施例１）、２００μｍ（実施例２）および
２０００μｍ（実施例３）にしたものを用意し、これに
対する比較例として、コンタクト層を備えていない、す
なわち感知電極が直接ガス感知層に接合された、感知電
極の間隔を実施例と同様に１００μｍ（比較例１）、２
００μｍ（比較例２）および２０００μｍ（比較例３）
にしたものを用意した。
【００２３】これらの実施例と、比較例とを大気中およ
びＣＨ4を２０００ｐｐｍ含んだガス中において、それ
ぞれのセンサの感知電極間の抵抗を測定し、ガス感知感
度を求めた。ガス感知感度は、大気中で測定したセンサ
の抵抗Ｒ0と感知ガス中で測定したセンサの抵抗Ｒｇと
の比Ｒ0／Ｒｇで表わしたものである。
びＣＨ4を２０００ｐｐｍ含んだガス中において、それ
ぞれのセンサの感知電極間の抵抗を測定し、ガス感知感
度を求めた。ガス感知感度は、大気中で測定したセンサ
の抵抗Ｒ0と感知ガス中で測定したセンサの抵抗Ｒｇと
の比Ｒ0／Ｒｇで表わしたものである。
【００２４】表１に示すように、コンタクト層の無い比
較例１〜３では、電極間隔の大きい比較例３に対し、電
極間隔の小さい比較例１、２はガス感知感度が１／５程
度に低下している。しかしながら、コンタクト層の有る
実施例１〜３では、電極間隔に関わらずほぼ一定で十分
なガス感知感度を確保できている。
較例１〜３では、電極間隔の大きい比較例３に対し、電
極間隔の小さい比較例１、２はガス感知感度が１／５程
度に低下している。しかしながら、コンタクト層の有る
実施例１〜３では、電極間隔に関わらずほぼ一定で十分
なガス感知感度を確保できている。
【００２５】
【表１】
【００２６】図２に、実施例1〜３および比較例１〜３
のＣＨ4を２０００ｐｐｍ含むガス中での電極間の抵抗
Ｒｇと電極間隔（Ｌ）との関係を示す。図２の（ａ）は
全体を、（ｂ）は微小部分を拡大して示す。コンタクト
層が無い（比較例）場合、グラフにＹ切片（感度直線と
Ｒｇ軸との交点）があることがわかる。このＹ切片は、
電極間隔によらない抵抗分であり、ガス感知層と感知電
極との界面に存在するコンタクト抵抗と考えられる。こ
のコンタクト抵抗は、Ｌ＝２０００μｍのＲｇに対して
は、１／１０程度であり無視できるが、Ｌ≦２００μｍ
ではＲｇの１／２程度以上を占めており、空気中、感知
ガス中によらず存在するため、Ｌ≦２００μｍで感度低
下を引き起こしているものと考えられる。一方、コンタ
クト層がある（実施例）場合、Ｙ切片がコンタクト層が
ない場合の１／１０程度に低下していることがわかる。
つまり、コンタクト層を入れることでコンタクト抵抗が
１／１０程度に低下し、その結果、電極間隔に関わらず
十分なガス感知感度が確保できるものと考えられる。
のＣＨ4を２０００ｐｐｍ含むガス中での電極間の抵抗
Ｒｇと電極間隔（Ｌ）との関係を示す。図２の（ａ）は
全体を、（ｂ）は微小部分を拡大して示す。コンタクト
層が無い（比較例）場合、グラフにＹ切片（感度直線と
Ｒｇ軸との交点）があることがわかる。このＹ切片は、
電極間隔によらない抵抗分であり、ガス感知層と感知電
極との界面に存在するコンタクト抵抗と考えられる。こ
のコンタクト抵抗は、Ｌ＝２０００μｍのＲｇに対して
は、１／１０程度であり無視できるが、Ｌ≦２００μｍ
ではＲｇの１／２程度以上を占めており、空気中、感知
ガス中によらず存在するため、Ｌ≦２００μｍで感度低
下を引き起こしているものと考えられる。一方、コンタ
クト層がある（実施例）場合、Ｙ切片がコンタクト層が
ない場合の１／１０程度に低下していることがわかる。
つまり、コンタクト層を入れることでコンタクト抵抗が
１／１０程度に低下し、その結果、電極間隔に関わらず
十分なガス感知感度が確保できるものと考えられる。
【００２７】このように構成された薄膜ガスセンサにお
いて、感知電極４、４とガス感知層６との接合部のよう
に、金属と半導体が接触する際の半導体の界面に生じる
空乏層の幅Ｗは、一般に次の式のようにあらわされる。
いて、感知電極４、４とガス感知層６との接合部のよう
に、金属と半導体が接触する際の半導体の界面に生じる
空乏層の幅Ｗは、一般に次の式のようにあらわされる。
【００２８】
【数1】
【００２９】ここで、εs：半導体の誘電率、ｑ：半導
体の電荷、Ｎd：半導体のドナー密度、Ｖbi：半導体の
内蔵電位、Ｖ：電圧、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温
度、である。
体の電荷、Ｎd：半導体のドナー密度、Ｖbi：半導体の
内蔵電位、Ｖ：電圧、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温
度、である。
【００３０】この式から明らかなように、半導体中のド
ナー密度Ｎdを増すほど、空乏層の幅Ｗは狭まり、それ
だけ金属と半導体のコンタクト抵抗が減少する。
ナー密度Ｎdを増すほど、空乏層の幅Ｗは狭まり、それ
だけ金属と半導体のコンタクト抵抗が減少する。
【００３１】すなわち、半導体と電極金属の界面にはシ
ョットキーバリアが形成されやすく、これがコンタクト
抵抗を大きく増大させる。オーミックな界面を形成しコ
ンタクト抵抗を抑制するためには、界面に主要部よりも
多くのキャリアを注入したｎ +層（コンタクト層）を挟
むことが効果的である。
ョットキーバリアが形成されやすく、これがコンタクト
抵抗を大きく増大させる。オーミックな界面を形成しコ
ンタクト抵抗を抑制するためには、界面に主要部よりも
多くのキャリアを注入したｎ +層（コンタクト層）を挟
むことが効果的である。
【００３２】そこで、この発明では、感知層６と電極
４、４との間に、Ｐｔを含まないＳｎＯ2からなるコン
タクト層５、５を設ける。Ｐｔは触媒としてだけなくア
クセプタとしても働くので、これをドープしないことに
より、キャリア密度、すなわちドナー密度が相対的に増
加し、コンタクト層５、５の抵抗が感知層６より低抵抗
となり、感知電極４、４間のコンタクト抵抗が感知層６
の抵抗に対して無視できる程度に小さくなり、電極間隔
が２００μｍ以下の微小な素子であってもガス感知感度
を確保することができる。
４、４との間に、Ｐｔを含まないＳｎＯ2からなるコン
タクト層５、５を設ける。Ｐｔは触媒としてだけなくア
クセプタとしても働くので、これをドープしないことに
より、キャリア密度、すなわちドナー密度が相対的に増
加し、コンタクト層５、５の抵抗が感知層６より低抵抗
となり、感知電極４、４間のコンタクト抵抗が感知層６
の抵抗に対して無視できる程度に小さくなり、電極間隔
が２００μｍ以下の微小な素子であってもガス感知感度
を確保することができる。
【００３３】コンタクト層としては、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔ
ａ、あるいはＮｂの＋５価、あるいは＋６価の元素を
０．２〜５．０ｗｔ％添加したＳｎＯ2を用いても、上
記実施例と同様の効果が得られる。Ａｓ、Ｓｂ、Ｔａ、
あるいはＮｂはＳｎＯ2にドナーとして取りこまれるた
め、キャリアー密度が増加するためである。
ａ、あるいはＮｂの＋５価、あるいは＋６価の元素を
０．２〜５．０ｗｔ％添加したＳｎＯ2を用いても、上
記実施例と同様の効果が得られる。Ａｓ、Ｓｂ、Ｔａ、
あるいはＮｂはＳｎＯ2にドナーとして取りこまれるた
め、キャリアー密度が増加するためである。
【００３４】電極構成としては、図３のように下から感
応層、コンタクト層、感応層電極の順に積層した場合
も、上記実施例と同様の効果が得られる。図３ではＳｉ
Ｏ2絶縁層以下の構成は図１と同様のため省略してあ
る。
応層、コンタクト層、感応層電極の順に積層した場合
も、上記実施例と同様の効果が得られる。図３ではＳｉ
Ｏ2絶縁層以下の構成は図１と同様のため省略してあ
る。
【００３５】
【発明の効果】ガス感知層と感知電極との間に、ガス感
知層よりもドナー密度が高く低抵抗のコンタクト層を形
成することにより、感知電極間のコンタクト抵抗が感知
層抵抗に対し無視できるほど小さくなり、電極間隔が２
００μｍ以下という微小なセンサであってもガス感度を
高めることができる。
知層よりもドナー密度が高く低抵抗のコンタクト層を形
成することにより、感知電極間のコンタクト抵抗が感知
層抵抗に対し無視できるほど小さくなり、電極間隔が２
００μｍ以下という微小なセンサであってもガス感度を
高めることができる。
【図１】この発明の実施の形態を説明するための概略の
縦断面図である。
縦断面図である。
【図２】感知ガス中での感知電極間隔Lと感知電極間抵
抗Rgとの関係を説明する図である。
抗Rgとの関係を説明する図である。
【図３】この発明の他の実施の形態を説明するための概
略の部分縦断面図である。
略の部分縦断面図である。
１：ヒータ、２：電気絶縁層、３：接合層、４、４：感
知電極、５、５：コンタクト層、６：ガス感知層、１
０：支持基板、１１：Ｓｉ基板、１２：熱酸化ＳｉＯ2
膜、１３：ＣＶＤ−Ｓｉ3Ｎ4膜、１４：ＣＶＤ−ＳｉＯ
2膜。
知電極、５、５：コンタクト層、６：ガス感知層、１
０：支持基板、１１：Ｓｉ基板、１２：熱酸化ＳｉＯ2
膜、１３：ＣＶＤ−Ｓｉ3Ｎ4膜、１４：ＣＶＤ−ＳｉＯ
2膜。
フロントページの続き (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 BA06 BA09 BB01 BB04 BE03 BE07 EA02 EA04 EA07 EA11 FB00 FB02 FB06 FE00 FE10 FE24 FE25 FE29 FE31 FE36 FE38 FE39 FE41
Claims (6)
- 【請求項１】薄膜状の支持膜の外周部または両端部をＳ
ｉ基板により支持し、外周部または両端部が厚く中央部
が薄く形成されたダイヤフラム様の支持基板上に、薄膜
のヒーターを形成し、この薄膜のヒーターを電気絶縁膜
で覆い、その上に半導体薄膜によりガス感知膜を形成
し、このガス感知膜に接して所定間隔置いて1対の感知
電極間を設けてなる薄膜ガスセンサにおいて、前記ガス
感知膜と1対の感知電極との間に、それぞれガス感知膜
よりもドナー密度が高く低抵抗のコンタクト層を形成し
たことを特徴とする薄膜ガスセンサ。 - 【請求項２】前記ガス感知膜が、ＳｎＯ2薄膜からなる
請求項1に記載の薄膜ガスセンサ。 - 【請求項３】前記ガス感知膜がＰｔまたはＰｄを含んだ
ＳｎＯ2からなる請求項１または２に記載の薄膜ガスセ
ンサ。 - 【請求項４】前記コンタクト層が添加物を含まないＳｎ
Ｏ2からなる請求項１ないし３の何れかに記載の薄膜ガ
スセンサ。 - 【請求項５】前記コンタクト層が、ドナーとなる＋５
価、あるいは＋６価となる元素を添加されたＳｎＯ2か
らなる請求項１なし３の何れかに記載の薄膜ガスセン
サ。 - 【請求項６】前記ドナーとして、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔａ、あ
るいはＮｂを用いた請求項５に記載の薄膜ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11096951A JP2000292398A (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 薄膜ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11096951A JP2000292398A (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 薄膜ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000292398A true JP2000292398A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14178610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11096951A Pending JP2000292398A (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 薄膜ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000292398A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007057254A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサおよびその製造方法 |
-
1999
- 1999-04-02 JP JP11096951A patent/JP2000292398A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007057254A (ja) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサおよびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050413 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050623 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051027 |