JP2001074681A - 半導体ガスセンサ - Google Patents
半導体ガスセンサInfo
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- JP2001074681A JP2001074681A JP25556099A JP25556099A JP2001074681A JP 2001074681 A JP2001074681 A JP 2001074681A JP 25556099 A JP25556099 A JP 25556099A JP 25556099 A JP25556099 A JP 25556099A JP 2001074681 A JP2001074681 A JP 2001074681A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 揮発性有機物質の検知感度が高い半導体ガス
センサを提供する。 【解決手段】 酸化スズにマンガンの酸化物を添加した
ガス感応体１６を備えた半導体ガスセンサである。マン
ガンの酸化物は、酸化スズに対して０．５〜２０重量％
添加したものである。
センサを提供する。 【解決手段】 酸化スズにマンガンの酸化物を添加した
ガス感応体１６を備えた半導体ガスセンサである。マン
ガンの酸化物は、酸化スズに対して０．５〜２０重量％
添加したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、揮発性有機物質
の検知を、酸化スズ等の半導体を用いて検知する半導体
ガスセンサに関する。
の検知を、酸化スズ等の半導体を用いて検知する半導体
ガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体ガスセンサとして酸化スズ
半導体を使用したものが知られていた。この半導体ガス
センサは、例えば特開平３−９０８４８号公報、特開平
３−１６２６５６号公報等に開示されているように、有
機物質のガス検知にあたっては、酸化スズのみではガス
検知感度が低いため、酸化スズにガスに対する増感剤と
して、Ｒｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｇ等の貴金属
や、ＭｏＯ３、Ｓｂ２Ｏ ３等の金属酸化物半導体を添加
してガス感度の向上やガス選択性を図ることが行われて
いた。
半導体を使用したものが知られていた。この半導体ガス
センサは、例えば特開平３−９０８４８号公報、特開平
３−１６２６５６号公報等に開示されているように、有
機物質のガス検知にあたっては、酸化スズのみではガス
検知感度が低いため、酸化スズにガスに対する増感剤と
して、Ｒｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｇ等の貴金属
や、ＭｏＯ３、Ｓｂ２Ｏ ３等の金属酸化物半導体を添加
してガス感度の向上やガス選択性を図ることが行われて
いた。
【０００３】一方、近年、新築住宅において室内汚染物
質が原因で身体の不調を訴える人が増え、これらの症状
は「シックハウス症候群」あるいは「化学物質過敏症」
ともいわれ社会問題化している。これらの原因は住宅の
内装材、接着剤等に含まれるホルムアルデヒドやキシレ
ン、トルエンを中心としたＶＯＣと呼ばれる揮発性有機
材料化合物に起因していることが多い。そしてこれらの
有害ガスの中でもホルムアルデヒドの有害性が指摘さ
れ、ＷＨＯ（世界保健機構）ではホルムアルデヒドの室
内濃度は０．０８ｐｐｍを基準値と制定しており、１９
９７年には日本の厚生省でも０．０８ｐｐｍを基準値と
定めた。
質が原因で身体の不調を訴える人が増え、これらの症状
は「シックハウス症候群」あるいは「化学物質過敏症」
ともいわれ社会問題化している。これらの原因は住宅の
内装材、接着剤等に含まれるホルムアルデヒドやキシレ
ン、トルエンを中心としたＶＯＣと呼ばれる揮発性有機
材料化合物に起因していることが多い。そしてこれらの
有害ガスの中でもホルムアルデヒドの有害性が指摘さ
れ、ＷＨＯ（世界保健機構）ではホルムアルデヒドの室
内濃度は０．０８ｐｐｍを基準値と制定しており、１９
９７年には日本の厚生省でも０．０８ｐｐｍを基準値と
定めた。
【０００４】そこで、このようなガスの検知を行う場
合、上記基準値０．０８ｐｐｍのホルムアルデヒドのガ
スを検出しようとすると、ガス検知分解能は一桁下の
０．０１ｐｐｍ以下の能力が要求される。
合、上記基準値０．０８ｐｐｍのホルムアルデヒドのガ
スを検出しようとすると、ガス検知分解能は一桁下の
０．０１ｐｐｍ以下の能力が要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
酸化スズを主成分とした半導体ガスセンサは、揮発性有
機物質に対してガス警報器としての検知レベルであるｐ
ｐｍ以上のガス濃度までは検出可能であっても、人間に
よるにおいの検出レベルであるｐｐｂオーダのガス濃度
を安定に正確に検出することは難しいものであった。
酸化スズを主成分とした半導体ガスセンサは、揮発性有
機物質に対してガス警報器としての検知レベルであるｐ
ｐｍ以上のガス濃度までは検出可能であっても、人間に
よるにおいの検出レベルであるｐｐｂオーダのガス濃度
を安定に正確に検出することは難しいものであった。
【０００６】そこで、前記従来の酸化スズを主成分とし
た半導体ガスセンサでｐｐｂオーダのガス濃度を検出す
る場合、センサの検出能力を補うために、検出用電子回
路にブリッジ回路等のセンサ感度の鋭敏化回路を付与し
ていた。しかし、ブリッジ回路等の電子回路によって検
知感度の鋭敏化を行うと、ガス検知濃度領域が狭められ
るなどの弊害がでやすいという問題があった。
た半導体ガスセンサでｐｐｂオーダのガス濃度を検出す
る場合、センサの検出能力を補うために、検出用電子回
路にブリッジ回路等のセンサ感度の鋭敏化回路を付与し
ていた。しかし、ブリッジ回路等の電子回路によって検
知感度の鋭敏化を行うと、ガス検知濃度領域が狭められ
るなどの弊害がでやすいという問題があった。
【０００７】この発明は上記従来の技術の問題点に鑑み
てなされたもので、揮発性有機物質の検知感度が高く、
安定に正確に検知可能な半導体ガスセンサを提供するこ
とを目的とする。
てなされたもので、揮発性有機物質の検知感度が高く、
安定に正確に検知可能な半導体ガスセンサを提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、酸化スズを
主成分とするガス感応体を備えた半導体ガスセンサであ
って、前記ガス感応体の酸化スズにマンガンの酸化物を
添加した半導体ガスセンサである。前記マンガンの酸化
物は、０．５〜２０重量％、より好ましくは３〜１０重
量％添加したものである。
主成分とするガス感応体を備えた半導体ガスセンサであ
って、前記ガス感応体の酸化スズにマンガンの酸化物を
添加した半導体ガスセンサである。前記マンガンの酸化
物は、０．５〜２０重量％、より好ましくは３〜１０重
量％添加したものである。
【０００９】前記半導体ガスセンサは、基板上に酸化ス
ズを主成分とするガス感応体を備え、基板裏面にはヒー
タが設けられ、約１００℃〜３００℃の温度に加熱され
て用いられる。酸化スズ半導体は、上記基板上に塗布、
印刷等により設けられて焼成されたものや、円筒型に焼
結したもの、または基板上に真空中で製膜したもの等が
ある。
ズを主成分とするガス感応体を備え、基板裏面にはヒー
タが設けられ、約１００℃〜３００℃の温度に加熱され
て用いられる。酸化スズ半導体は、上記基板上に塗布、
印刷等により設けられて焼成されたものや、円筒型に焼
結したもの、または基板上に真空中で製膜したもの等が
ある。
【００１０】
【発明実施の形態】この発明の実施の形態について図面
を基にして説明する。この実施形態の半導体ガスセンサ
は、図１に示すように、アルミナ等のセラミックス製絶
縁性基板１０を備え、その表面に白金（Ｐｔ）ペースト
を印刷して焼成された表面電極１２，１４が形成され、
この表面電極１２，１４間に、酸化スズ半導体（ＳｎＯ
２）にマンガンの酸化物（ＭｎＯ２）を添加したガス感
応体１６が印刷焼成されている。また、基板１０の背面
には、白金ヒータ１８が形成されている。表面電極１
２，１４には、各々白金のリード線２０，２２が接続さ
れ、背面の白金ヒータ１８の両端にも白金のリード線２
４，２６が接続されている。
を基にして説明する。この実施形態の半導体ガスセンサ
は、図１に示すように、アルミナ等のセラミックス製絶
縁性基板１０を備え、その表面に白金（Ｐｔ）ペースト
を印刷して焼成された表面電極１２，１４が形成され、
この表面電極１２，１４間に、酸化スズ半導体（ＳｎＯ
２）にマンガンの酸化物（ＭｎＯ２）を添加したガス感
応体１６が印刷焼成されている。また、基板１０の背面
には、白金ヒータ１８が形成されている。表面電極１
２，１４には、各々白金のリード線２０，２２が接続さ
れ、背面の白金ヒータ１８の両端にも白金のリード線２
４，２６が接続されている。
【００１１】この実施形態の半導体ガスセンサの製造方
法は、絶縁性基板１０の表面に表面電極１２，１４を形
成する白金ペーストをスクリーン印刷して乾燥し、さら
に絶縁性基板１０の裏面にも白金ヒータ１８を形成する
白金ペーストを印刷して乾燥し、この後、例えば９００
℃の温度で焼成して、表面電極１２，１４と白金ヒータ
１８を形成する。
法は、絶縁性基板１０の表面に表面電極１２，１４を形
成する白金ペーストをスクリーン印刷して乾燥し、さら
に絶縁性基板１０の裏面にも白金ヒータ１８を形成する
白金ペーストを印刷して乾燥し、この後、例えば９００
℃の温度で焼成して、表面電極１２，１４と白金ヒータ
１８を形成する。
【００１２】次に、表面電極１２，１４間に酸化物半導
体のガス感応体１６を形成する。ガス感応体１６は、ま
ず、例えば平均粒１μｍの酸化スズ粉末に、二酸化マン
ガン（ＭｎＯ２）を０．５〜２０重量％の範囲で所定の
重量％となるよう混合し、次いでこの粉末に、例えばエ
チルセルロースを主体としたビヒクルを加えペースト状
として、アルミナ基板の電極上に厚さ３０μｍとなるよ
うに印刷し、６００℃で１時間焼成して酸化物半導体に
よるガス感応体１６を形成する。
体のガス感応体１６を形成する。ガス感応体１６は、ま
ず、例えば平均粒１μｍの酸化スズ粉末に、二酸化マン
ガン（ＭｎＯ２）を０．５〜２０重量％の範囲で所定の
重量％となるよう混合し、次いでこの粉末に、例えばエ
チルセルロースを主体としたビヒクルを加えペースト状
として、アルミナ基板の電極上に厚さ３０μｍとなるよ
うに印刷し、６００℃で１時間焼成して酸化物半導体に
よるガス感応体１６を形成する。
【００１３】この実施形態の半導体ガスセンサは、使用
に際して、基板１０の温度を約１００℃〜３００℃の範
囲の所定の温度に加熱して使用する。加熱温度は検知対
象ガスやマンガン酸化物の割合により適宜設定する。
に際して、基板１０の温度を約１００℃〜３００℃の範
囲の所定の温度に加熱して使用する。加熱温度は検知対
象ガスやマンガン酸化物の割合により適宜設定する。
【００１４】この実施形態の半導体ガスセンサによれ
ば、ホルムアルデヒドやキシレン等の揮発性有機物質の
検知に高い感度を示し、検知範囲が広く正確にガスの検
知が可能となる。
ば、ホルムアルデヒドやキシレン等の揮発性有機物質の
検知に高い感度を示し、検知範囲が広く正確にガスの検
知が可能となる。
【００１５】なお、この実施形態の半導体ガスセンサ
は、上記実施形態に限定されず、表面電極１２，１４、
ガス感応体１６、白金ヒータ１８の形成は、印刷以外の
塗布方法でもよく、スパッタリングや真空蒸着等の真空
中での製膜方法を用いてもよい。さらに、検知対象ガス
は適宜設定可能である。
は、上記実施形態に限定されず、表面電極１２，１４、
ガス感応体１６、白金ヒータ１８の形成は、印刷以外の
塗布方法でもよく、スパッタリングや真空蒸着等の真空
中での製膜方法を用いてもよい。さらに、検知対象ガス
は適宜設定可能である。
【００１６】さらに、マンガンの酸化物は、ＭｎＯ２の
他、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４でもよい。これは、焼成後
の酸化物半導体の成分のうち、マンガンが焼成前のＭｎ
Ｏ２から、焼成によりＭｎ２Ｏ３に変化していることが
Ｘ線解析により判明しており、最初からＭｎ２Ｏ３、Ｍ
ｎ３Ｏ４を添加または担持させた酸化すず半導体による
ガス感応体を形成してもよい。
他、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４でもよい。これは、焼成後
の酸化物半導体の成分のうち、マンガンが焼成前のＭｎ
Ｏ２から、焼成によりＭｎ２Ｏ３に変化していることが
Ｘ線解析により判明しており、最初からＭｎ２Ｏ３、Ｍ
ｎ３Ｏ４を添加または担持させた酸化すず半導体による
ガス感応体を形成してもよい。
【００１７】
【実施例】この発明の実施例におけるセンサの特性を示
すために、酸化スズを主体とし各種の金属酸化物を添加
したときのホルムアルデヒド、キシレンに対するセンサ
感度を比較した。図２は、酸化スズを主成分とし、それ
に５％の各種金属酸化物を添加した半導体ガスセンサ
を、２８０℃の温度に保ち、ホルムアルデヒドおよびキ
シレンがそれぞれ１００ｐｐｍ中での感度（空気中での
抵抗／ガス中での抵抗）を求めた比較結果を示す。図２
に示すように、二酸化マンガンを添加することにより非
常高感度になることがわかる。
すために、酸化スズを主体とし各種の金属酸化物を添加
したときのホルムアルデヒド、キシレンに対するセンサ
感度を比較した。図２は、酸化スズを主成分とし、それ
に５％の各種金属酸化物を添加した半導体ガスセンサ
を、２８０℃の温度に保ち、ホルムアルデヒドおよびキ
シレンがそれぞれ１００ｐｐｍ中での感度（空気中での
抵抗／ガス中での抵抗）を求めた比較結果を示す。図２
に示すように、二酸化マンガンを添加することにより非
常高感度になることがわかる。
【００１８】また、図３は酸化スズに二酸化マンガンを
重量比で０，０．５，１．０，３．０，１０．０，２
０．０％添加したときのホルムアルデヒドに対する二酸
化マンガン添加量とセンサ感度の関係を示す図である。
図３より、センサ温度が２５０℃の場合においては、二
酸化マンガン添加量３〜１０％でホルムアルデヒドに対
して最大感度を有するとともに、添加量が０．５〜２重
量％及び１０重量％以上でも高い感度が得られることが
わかる。
重量比で０，０．５，１．０，３．０，１０．０，２
０．０％添加したときのホルムアルデヒドに対する二酸
化マンガン添加量とセンサ感度の関係を示す図である。
図３より、センサ温度が２５０℃の場合においては、二
酸化マンガン添加量３〜１０％でホルムアルデヒドに対
して最大感度を有するとともに、添加量が０．５〜２重
量％及び１０重量％以上でも高い感度が得られることが
わかる。
【００１９】図４は酸化スズに二酸化マンガンを重量比
で０，０．５，１．０，３．０，１０．０，２０．０％
添加したときのホルムアルデヒドに対するセンサ温度と
センサ感度の関係を示す図である。図４より、センサ温
度、添加量ともにセンサ感度に大きく影響を及ぼすこと
を示している。さらに、酸化スズを主体とし二酸化マン
ガンを適宜重量％添加したときのホルムアルデヒドに対
するセンサ感度比較においても、二酸化マンガン添加量
３〜１０重量％で最大感度を有することがわかる。
で０，０．５，１．０，３．０，１０．０，２０．０％
添加したときのホルムアルデヒドに対するセンサ温度と
センサ感度の関係を示す図である。図４より、センサ温
度、添加量ともにセンサ感度に大きく影響を及ぼすこと
を示している。さらに、酸化スズを主体とし二酸化マン
ガンを適宜重量％添加したときのホルムアルデヒドに対
するセンサ感度比較においても、二酸化マンガン添加量
３〜１０重量％で最大感度を有することがわかる。
【００２０】
【発明の効果】この発明は、酸化スズ半導体のガス感応
体に、マンガンの酸化物を適量添加することにより、ガ
スに対するセンサ感度を高くすることが出来、安定に正
確なガス検知を可能とするものである。
体に、マンガンの酸化物を適量添加することにより、ガ
スに対するセンサ感度を高くすることが出来、安定に正
確なガス検知を可能とするものである。
【図１】この発明の半導体ガスセンサを示す平面図
（Ａ）、断面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）である。
（Ａ）、断面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）である。
【図２】この発明の一実施例の半導体ガスセンサと、酸
化スズに他の酸化物を添加したものの、ホルムアルデヒ
ドとキシレンに対する感度を示すグラフである。
化スズに他の酸化物を添加したものの、ホルムアルデヒ
ドとキシレンに対する感度を示すグラフである。
【図３】この発明の一実施例の半導体ガスセンサの二酸
化マンガンの添加量を変えた場合のホルムアルデヒドに
対する感度を示すグラフである。
化マンガンの添加量を変えた場合のホルムアルデヒドに
対する感度を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施例の半導体ガスセンサの二酸
化マンガンの添加量とセンサ温度を変えた場合の、ホル
ムアルデヒドに対する感度を示すグラフである。
化マンガンの添加量とセンサ温度を変えた場合の、ホル
ムアルデヒドに対する感度を示すグラフである。
１０ 絶縁性基板 １２，１４ 表面電極 １６ ガス感応体 １８ 白金ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000242633 北陸電気工業株式会社 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 (71)出願人 391057672 東洋化工株式会社 富山県滑川市下梅沢1350番地 (72)発明者 角崎 雅博 富山県富山市高田383番地 富山県工業技 術センター機械電子研究所内 (72)発明者 山崎 茂一 富山県高岡市二上町150番地 富山県工業 技術センター中央研究所内 (72)発明者 藤城 敏史 富山県高岡市二上町150番地 富山県工業 技術センター企画管理部内 (72)発明者 谷野 克巳 富山県高岡市二上町150番地 富山県工業 技術センター企画管理部内 (72)発明者 星野 昌則 富山県富山市上赤江町１丁目６番43号 コ ーセル株式会社内 (72)発明者 南 政克 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内 (72)発明者 山田 浩美 富山県滑川市下梅沢1350 東洋化工株式会 社内 Ｆターム(参考） 2G046 AA23 AA25 BA01 BA09 BB02 BC04 BE03 DB05 DC12 DC14 EA01 EB01 FB02 FE21 FE39
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化スズを主成分とするガス感応体を備
えた半導体ガスセンサにおいて、前記ガス感応体は酸化
スズにマンガンの酸化物を添加または担持させたもので
あることを特徴とする半導体ガスセンサ。 - 【請求項２】 前記マンガンの酸化物は、酸化スズに対
して０．５〜２０重量％添加または担持させたことを特
徴とする請求項１記載の半導体ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25556099A JP2001074681A (ja) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | 半導体ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25556099A JP2001074681A (ja) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | 半導体ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001074681A true JP2001074681A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17280431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25556099A Pending JP2001074681A (ja) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | 半導体ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001074681A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003023388A1 (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-20 | Medtronic Minimed, Inc. | Sensor substrate and method of fabricating same |
| US7297627B2 (en) | 2002-09-27 | 2007-11-20 | Medtronic Minimed, Inc. | Multilayer substrate |
| KR100981166B1 (ko) | 2007-11-23 | 2010-09-10 | 고려대학교 산학협력단 | 쾌속 반응 산화물 반도체형 가스 센서 및 그 제조방법 |
| US8003513B2 (en) | 2002-09-27 | 2011-08-23 | Medtronic Minimed, Inc. | Multilayer circuit devices and manufacturing methods using electroplated sacrificial structures |
-
1999
- 1999-09-09 JP JP25556099A patent/JP2001074681A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003023388A1 (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-20 | Medtronic Minimed, Inc. | Sensor substrate and method of fabricating same |
| US7323142B2 (en) | 2001-09-07 | 2008-01-29 | Medtronic Minimed, Inc. | Sensor substrate and method of fabricating same |
| US7514038B2 (en) * | 2001-09-07 | 2009-04-07 | Medtronic Minimed, Inc. | Sensor substrate and method of fabricating same |
| US8821793B2 (en) | 2001-09-07 | 2014-09-02 | Medtronic Minimed, Inc. | Sensor substrate and method of fabricating same |
| US7297627B2 (en) | 2002-09-27 | 2007-11-20 | Medtronic Minimed, Inc. | Multilayer substrate |
| US7781328B2 (en) | 2002-09-27 | 2010-08-24 | Medtronic Minimed, Inc. | Multilayer substrate |
| US8003513B2 (en) | 2002-09-27 | 2011-08-23 | Medtronic Minimed, Inc. | Multilayer circuit devices and manufacturing methods using electroplated sacrificial structures |
| KR100981166B1 (ko) | 2007-11-23 | 2010-09-10 | 고려대학교 산학협력단 | 쾌속 반응 산화물 반도체형 가스 센서 및 그 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041224 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050622 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051109 |