JP2001343345A - ガスセンサ素子 - Google Patents
ガスセンサ素子Info
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- JP2001343345A JP2001343345A JP2000165676A JP2000165676A JP2001343345A JP 2001343345 A JP2001343345 A JP 2001343345A JP 2000165676 A JP2000165676 A JP 2000165676A JP 2000165676 A JP2000165676 A JP 2000165676A JP 2001343345 A JP2001343345 A JP 2001343345A
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- JP
- Japan
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- gas
- metal oxide
- sensitive film
- gas sensor
- sensor element
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- Withdrawn
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高価な貴金属触媒を担持せしめない金属酸化
物半導体ガスセンサにおいて、それのガス感度を更に一
段と高めたものを提供する。 【解決手段】 絶縁性基板上に設けられた一対の電極の
内の一方の電極と電極全体を覆う金属酸化物半導体ガス
感応膜との間に、ガス感応膜形成成分とは異なる成分の
金属酸化物からなる層が挿入されたガスセンサ素子。ガ
ス感応膜形成成分とは異なる成分の金属酸化物として
は、検出対象ガスの触媒として作用する金属酸化物が用
いられる。
物半導体ガスセンサにおいて、それのガス感度を更に一
段と高めたものを提供する。 【解決手段】 絶縁性基板上に設けられた一対の電極の
内の一方の電極と電極全体を覆う金属酸化物半導体ガス
感応膜との間に、ガス感応膜形成成分とは異なる成分の
金属酸化物からなる層が挿入されたガスセンサ素子。ガ
ス感応膜形成成分とは異なる成分の金属酸化物として
は、検出対象ガスの触媒として作用する金属酸化物が用
いられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスセンサ素子に
関する。更に詳しくは、金属酸化物半導体ガス感応膜を
用いたガスセンサ素子に関する。
関する。更に詳しくは、金属酸化物半導体ガス感応膜を
用いたガスセンサ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種産業分野や環境計測分野、アメニテ
ィ分野、医療分野などで、可燃性ガス、有毒ガス等の漏
れの検出、何らかの制御を行うためのガスの検出、NO
x、SO2、VOC(揮発性有機化合物)、ホルムアルデヒド、
各種の悪臭や異臭等環境規制に関連したガスの検出、空
気環境に関連したガスの検出などを可能とするガスセン
サが要望されている。
ィ分野、医療分野などで、可燃性ガス、有毒ガス等の漏
れの検出、何らかの制御を行うためのガスの検出、NO
x、SO2、VOC(揮発性有機化合物)、ホルムアルデヒド、
各種の悪臭や異臭等環境規制に関連したガスの検出、空
気環境に関連したガスの検出などを可能とするガスセン
サが要望されている。
【０００３】現在、廉価なガスセンサとして普及してい
る半導体式ガスセンサは、一般にそれよりも高い濃度領
域を対象としており、希薄な濃度での検出には適してい
ない。そこで、このような希薄な濃度での検出を可能と
するために、Pd、Pt等の高価な貴金属を担持させた半導
体式ガスセンサが用いられている。
る半導体式ガスセンサは、一般にそれよりも高い濃度領
域を対象としており、希薄な濃度での検出には適してい
ない。そこで、このような希薄な濃度での検出を可能と
するために、Pd、Pt等の高価な貴金属を担持させた半導
体式ガスセンサが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は先に、金属
酸化物半導体をガス感応膜とするガスセンサ素子であっ
て、高価な貴金属触媒を用いることなく、それのガス感
度を大幅に向上せしめたものとして、絶縁性基板上に一
対の電極およびガス感応膜を設け、少くとも一方の電極
とガス感応膜との間に絶縁膜を設けたガスセンサ素子を
提案している(特開平11-326256号公報)。
酸化物半導体をガス感応膜とするガスセンサ素子であっ
て、高価な貴金属触媒を用いることなく、それのガス感
度を大幅に向上せしめたものとして、絶縁性基板上に一
対の電極およびガス感応膜を設け、少くとも一方の電極
とガス感応膜との間に絶縁膜を設けたガスセンサ素子を
提案している(特開平11-326256号公報)。
【０００５】本発明の目的は、高価な貴金属触媒を担持
せしめない金属酸化物半導体ガスセンサにおいて、それ
のガス感度を更に一段と高めたものを提供することにあ
る。
せしめない金属酸化物半導体ガスセンサにおいて、それ
のガス感度を更に一段と高めたものを提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
絶縁性基板上に設けられた一対の電極の内の一方の電極
と電極全体を覆う金属酸化物半導体ガス感応膜との間
に、ガス感応膜形成成分とは異なる成分の金属酸化物か
らなる層が挿入されたガスセンサ素子によって達成され
る。
絶縁性基板上に設けられた一対の電極の内の一方の電極
と電極全体を覆う金属酸化物半導体ガス感応膜との間
に、ガス感応膜形成成分とは異なる成分の金属酸化物か
らなる層が挿入されたガスセンサ素子によって達成され
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】絶縁性基板としては、アルミナ基
板、石英基板、ガラス基板等が用いられる。絶縁性基板
上に形成される一対の電極は、Pt、Au等の貴金属薄膜あ
るいはそれらを主成分とし、そこにAl2O3、SiO2等の絶
縁性酸化物を含有せしめた薄膜等よりなる。これらの薄
膜の形成は、形成される膜厚に応じて、真空蒸着法、ス
パッタリング法、イオンプレーティング法、スクリーン
印刷法等によって行われる。
板、石英基板、ガラス基板等が用いられる。絶縁性基板
上に形成される一対の電極は、Pt、Au等の貴金属薄膜あ
るいはそれらを主成分とし、そこにAl2O3、SiO2等の絶
縁性酸化物を含有せしめた薄膜等よりなる。これらの薄
膜の形成は、形成される膜厚に応じて、真空蒸着法、ス
パッタリング法、イオンプレーティング法、スクリーン
印刷法等によって行われる。
【０００８】また、ガス感応膜は、SnO2、WO3、ZnO、V2
O5、NiO、CuO、Cr2O3、Co2O3等の金属酸化物半導体また
はそれを主成分とするものからなり、プラズマCVD法、
真空蒸着法、スパッタリング法、ゾル-ゲル法、スクリ
ーン印刷法等により、約50nm〜30μm、好ましくは約100
〜600nmの膜厚で形成される。
O5、NiO、CuO、Cr2O3、Co2O3等の金属酸化物半導体また
はそれを主成分とするものからなり、プラズマCVD法、
真空蒸着法、スパッタリング法、ゾル-ゲル法、スクリ
ーン印刷法等により、約50nm〜30μm、好ましくは約100
〜600nmの膜厚で形成される。
【０００９】絶縁性基板上に設けられた一対の電極全体
は、このような金属酸化物半導体ガス感応膜によって覆
われるが、このガス感応膜と一対の電極の内の一方の電
極との間には、ガス感応膜形成成分とは異なる成分の金
属酸化物からなる層が挿入される。
は、このような金属酸化物半導体ガス感応膜によって覆
われるが、このガス感応膜と一対の電極の内の一方の電
極との間には、ガス感応膜形成成分とは異なる成分の金
属酸化物からなる層が挿入される。
【００１０】このような構成のガスセンサ素子は、具体
的には、例えば絶縁性基板上に一組の電極を形成させ、
この一対の電極の一方の電極にマスキングを施し、マス
キングしない他方の電極上に、ガス感応膜形成成分とは
異なる成分の金属酸化物膜を成膜し、その電極全体を覆
った後マスキングを剥し、一対の電極部分を含めた基板
全体を金属酸化物半導体ガス感応膜で覆うことにより製
造される。
的には、例えば絶縁性基板上に一組の電極を形成させ、
この一対の電極の一方の電極にマスキングを施し、マス
キングしない他方の電極上に、ガス感応膜形成成分とは
異なる成分の金属酸化物膜を成膜し、その電極全体を覆
った後マスキングを剥し、一対の電極部分を含めた基板
全体を金属酸化物半導体ガス感応膜で覆うことにより製
造される。
【００１１】挿入層を形成する、ガス感応膜形成成分と
は異なる成分の金属酸化物は、ガス感応膜を形成する金
属酸化物に比べて、検出対象ガスに対して強い活性を示
す触媒として作用する。
は異なる成分の金属酸化物は、ガス感応膜を形成する金
属酸化物に比べて、検出対象ガスに対して強い活性を示
す触媒として作用する。
【００１２】ガス感応膜は、好ましくは酸化錫またはそ
れを主成分とする半導体から形成され、その場合には例
えば次のような検出対象ガスに対する触媒機能を有する
金属酸化物が組合されて用いられる： 検出ガス 金属酸化物触媒 一酸化炭素 MnO2、Co3O4、NiO、CuOなど 水素 MnO2、Co3O4、NiO、CuOなど 炭化水素 MnO2、Co3O4、NiOなど アンモニア MnO2、Co3O4、Cr2O3など
れを主成分とする半導体から形成され、その場合には例
えば次のような検出対象ガスに対する触媒機能を有する
金属酸化物が組合されて用いられる： 検出ガス 金属酸化物触媒 一酸化炭素 MnO2、Co3O4、NiO、CuOなど 水素 MnO2、Co3O4、NiO、CuOなど 炭化水素 MnO2、Co3O4、NiOなど アンモニア MnO2、Co3O4、Cr2O3など
【００１３】これらの触媒として作用する金属酸化物
は、ガス感応膜を形成する金属酸化物半導体とは、抵抗
率、キャリア濃度、キャリアの種類などを異にしてお
り、それの成膜はガス感応膜の場合と同様の方法で、約
1〜600nm、好ましくは約10〜100nmの膜厚になるように
して行われる。
は、ガス感応膜を形成する金属酸化物半導体とは、抵抗
率、キャリア濃度、キャリアの種類などを異にしてお
り、それの成膜はガス感応膜の場合と同様の方法で、約
1〜600nm、好ましくは約10〜100nmの膜厚になるように
して行われる。
【００１４】このようにして作製されたガスセンサ素子
は、約450〜900℃、好ましくは約500〜800℃の大気中に
約0.5〜48時間程度加熱保持して加熱処理され、絶縁性
基板との付着力を更に高めることが望ましい。また、こ
のような高温保持を適用することにより、ガスセンサ素
子の抵抗値、容量などの電気的特性を更に安定させるこ
とができる。
は、約450〜900℃、好ましくは約500〜800℃の大気中に
約0.5〜48時間程度加熱保持して加熱処理され、絶縁性
基板との付着力を更に高めることが望ましい。また、こ
のような高温保持を適用することにより、ガスセンサ素
子の抵抗値、容量などの電気的特性を更に安定させるこ
とができる。
【００１５】
【発明の効果】本発明に係る金属酸化物半導体をガス感
応膜とするガスセンサ素子は、高価な貴金属触媒などを
用いることなく、ガス感度を高めることができる。
応膜とするガスセンサ素子は、高価な貴金属触媒などを
用いることなく、ガス感度を高めることができる。
【００１６】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【００１７】実施例 石英ガラス基板上に真空蒸着法によりPt薄膜(膜厚300n
m)を成膜し、フォトリソグラフィーにより一対の電極パ
ターンを基板上に形成させた。この一対の電極の一方の
電極にマスキングを施し、マスキングしない他方の電極
上に、真空蒸着法によってCOの酸化触媒として知られて
いる酸化銅CuO膜(膜厚20nm)を成膜し、その電極全面を
覆った。その後、マスキングを剥し、Sn(CH3)4-O2(容積
比1:10)混合ガスを用いたプラズマCVD法によって、一対
の電極部分を含めた基板全面をSnO2ガス感応膜(膜厚300
nm)で覆い、全体を700℃で24時間加熱して、ガスセンサ
素子を得た。
m)を成膜し、フォトリソグラフィーにより一対の電極パ
ターンを基板上に形成させた。この一対の電極の一方の
電極にマスキングを施し、マスキングしない他方の電極
上に、真空蒸着法によってCOの酸化触媒として知られて
いる酸化銅CuO膜(膜厚20nm)を成膜し、その電極全面を
覆った。その後、マスキングを剥し、Sn(CH3)4-O2(容積
比1:10)混合ガスを用いたプラズマCVD法によって、一対
の電極部分を含めた基板全面をSnO2ガス感応膜(膜厚300
nm)で覆い、全体を700℃で24時間加熱して、ガスセンサ
素子を得た。
【００１８】このガスセンサ素子を300℃に加熱し、CuO
膜で被覆された方の電極を+極、被覆されない方の電極
を-極として、その間に1.0Vの電圧を印加した。空気中
での素子抵抗Ra(2.08×108Ω)と500ppmCO含有空気中で
の素子抵抗Rg(2.56×107Ω)との比から、ガス感度Ra/Rg
の値は8.1と求められた。
膜で被覆された方の電極を+極、被覆されない方の電極
を-極として、その間に1.0Vの電圧を印加した。空気中
での素子抵抗Ra(2.08×108Ω)と500ppmCO含有空気中で
の素子抵抗Rg(2.56×107Ω)との比から、ガス感度Ra/Rg
の値は8.1と求められた。
【００１９】比較例１ 実施例１において、CuO膜の被覆を一方の電極上に行わ
ないガスセンサ素子について、同様にガス感度Ra/Rg(3.
22×106/1.59×106)の値を求めると2.0であった。
ないガスセンサ素子について、同様にガス感度Ra/Rg(3.
22×106/1.59×106)の値を求めると2.0であった。
【００２０】比較例２ 比較例１において、ガスセンサ素子のSnO2ガス感応膜上
にCuO膜(膜厚20nm)を設けたものについて、同様にガス
感度Ra/Rg(7.54×106/2.13×106)の値を求めると3.5で
あった。
にCuO膜(膜厚20nm)を設けたものについて、同様にガス
感度Ra/Rg(7.54×106/2.13×106)の値を求めると3.5で
あった。
【００２１】比較例３ 実施例１において、CuO膜の代わりに絶縁膜であるAl2O3
を同じ膜厚で成膜したものについて、同様にガス感度Ra
/Rg(1.50×107/5.05×106)の値を求めると3.0であっ
た。
を同じ膜厚で成膜したものについて、同様にガス感度Ra
/Rg(1.50×107/5.05×106)の値を求めると3.0であっ
た。
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に設けられた一対の電極の
内の一方の電極と電極全体を覆う金属酸化物半導体ガス
感応膜との間に、ガス感応膜形成成分とは異なる成分の
金属酸化物からなる層が挿入されたガスセンサ素子。 - 【請求項２】 ガス感応膜形成成分とは異なる成分の金
属酸化物が検出対象ガスの触媒として作用する金属酸化
物である請求項１記載のガスセンサ素子。 - 【請求項３】 ガス感応膜が酸化錫またはそれを主成分
とする半導体である請求項１または２記載のガスセン
サ。 - 【請求項４】 約450〜900℃の大気中に保持する加熱処
理が行われた請求項１、２または３記載のガスセンサ素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000165676A JP2001343345A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | ガスセンサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000165676A JP2001343345A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | ガスセンサ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001343345A true JP2001343345A (ja) | 2001-12-14 |
Family
ID=18669116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000165676A Withdrawn JP2001343345A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | ガスセンサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001343345A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100406880C (zh) * | 2006-01-17 | 2008-07-30 | 山东师范大学 | 叠加式敏感层甲醛气敏器件及其制作方法 |
| CN104211108A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-17 | 安徽工业大学 | 一种用于检测低浓度甲醛的气敏材料 |
-
2000
- 2000-06-02 JP JP2000165676A patent/JP2001343345A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100406880C (zh) * | 2006-01-17 | 2008-07-30 | 山东师范大学 | 叠加式敏感层甲醛气敏器件及其制作方法 |
| CN104211108A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-17 | 安徽工业大学 | 一种用于检测低浓度甲醛的气敏材料 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070525 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090205 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090226 |