JP2002122560A - ガスセンサ - Google Patents
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/129—Diode type sensors, e.g. gas sensitive Schottky diodes
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサ構成が簡単で、長期使用におけるダイ
オード特性の経時変化が少なく、被検ガスに含まれるＨ
2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の水素原子を有する分子
のガス濃度を検出可能なｐｎ接合ダイオード型ガスセン
サを提供すること 【解決手段】 導電型のそれぞれ異なる第１の半導体層
及び第２の半導体層とが接触したｐｎ接合を形成する。
これらの半導体層の表面にそれぞれオーミック電極を形
成する。これらのオーミック電極のいずれか一方の電極
上に、水素原子を有する分子から水素原子を解離する金
属触媒成分を含有する触媒層を設ける。
オード特性の経時変化が少なく、被検ガスに含まれるＨ
2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の水素原子を有する分子
のガス濃度を検出可能なｐｎ接合ダイオード型ガスセン
サを提供すること 【解決手段】 導電型のそれぞれ異なる第１の半導体層
及び第２の半導体層とが接触したｐｎ接合を形成する。
これらの半導体層の表面にそれぞれオーミック電極を形
成する。これらのオーミック電極のいずれか一方の電極
上に、水素原子を有する分子から水素原子を解離する金
属触媒成分を含有する触媒層を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検ガスに含まれ
るＨ2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の濃度を検出するガ
スセンサに関する。特には、ｐｎ接合ダイオードを検出
手段に用いたガスセンサに関する。本発明のセンサは、
燃料電池等の水素漏れ検知、火力発電所やコージェネレ
ーションシステム等で使用されるアンモニア選択還元触
媒の制御やモニタ、または、自動車の三元触媒やＮＯx
吸蔵触媒のモニタ等に好適なものである。
るＨ2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の濃度を検出するガ
スセンサに関する。特には、ｐｎ接合ダイオードを検出
手段に用いたガスセンサに関する。本発明のセンサは、
燃料電池等の水素漏れ検知、火力発電所やコージェネレ
ーションシステム等で使用されるアンモニア選択還元触
媒の制御やモニタ、または、自動車の三元触媒やＮＯx
吸蔵触媒のモニタ等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｈ2、炭化水素等の水素原子を有する分
子を含む被検ガスの濃度を測定するために、酸化物半導
体を検出素子に用いたガスセンサが用いられている。測
定原理は、酸化物半導体に吸着したＨ2等の水素原子を
有する分子からの電子移動に起因する導電率の増加を電
圧の変化として検出するものである。例えば、特開昭５
４−８７２９１号公報には、ｐｎ接合型ダイオードの表
面に誘電体薄膜を介して酸化物半導体薄膜を形成したガ
スセンサが開示されている。
子を含む被検ガスの濃度を測定するために、酸化物半導
体を検出素子に用いたガスセンサが用いられている。測
定原理は、酸化物半導体に吸着したＨ2等の水素原子を
有する分子からの電子移動に起因する導電率の増加を電
圧の変化として検出するものである。例えば、特開昭５
４−８７２９１号公報には、ｐｎ接合型ダイオードの表
面に誘電体薄膜を介して酸化物半導体薄膜を形成したガ
スセンサが開示されている。
【０００３】しかし、酸化物半導体を検出素子に用いた
ガスセンサには、酸化物半導体を加熱して活性化するた
めのヒータが設けられている。水素等の可燃性の高いガ
スを用いた場合、ガス漏れした時に可燃性ガスがヒータ
に接触して引火する可能性がある。このため、燃料電池
等のように、水素等の可燃性の高いガスを用いるシステ
ムには、酸化物半導体を検出素子に用いたガスセンサを
用いるのは好ましくない。また、ヒータを加熱する必要
があるため、消費電力が大きくなる問題もある。
ガスセンサには、酸化物半導体を加熱して活性化するた
めのヒータが設けられている。水素等の可燃性の高いガ
スを用いた場合、ガス漏れした時に可燃性ガスがヒータ
に接触して引火する可能性がある。このため、燃料電池
等のように、水素等の可燃性の高いガスを用いるシステ
ムには、酸化物半導体を検出素子に用いたガスセンサを
用いるのは好ましくない。また、ヒータを加熱する必要
があるため、消費電力が大きくなる問題もある。
【０００４】ヒータを必要としない検出素子として、半
導体を微細加工したダイオードを用いたガスセンサが検
討されている。被検ガス成分の吸着による半導体の整流
特性の変化を利用したショットキーダイオード型、ＭＩ
Ｓ（Metal-Insulator-Semiconductor）型、ＦＥＴ（Fie
ld Effect Transistor）型等のダイオードを用いたガ
スセンサが提案されている。測定原理は、触媒作用を有
する電極層に吸着した被検ガスに起因して発生する双極
子層によるダイオードのポテンシャルの変化を、電圧の
変化として検出するものである。
導体を微細加工したダイオードを用いたガスセンサが検
討されている。被検ガス成分の吸着による半導体の整流
特性の変化を利用したショットキーダイオード型、ＭＩ
Ｓ（Metal-Insulator-Semiconductor）型、ＦＥＴ（Fie
ld Effect Transistor）型等のダイオードを用いたガ
スセンサが提案されている。測定原理は、触媒作用を有
する電極層に吸着した被検ガスに起因して発生する双極
子層によるダイオードのポテンシャルの変化を、電圧の
変化として検出するものである。
【０００５】特表平１０−５０５９１１号公報には、被
検ガスに対する触媒活性を有する電極層に、ＴａＳｉx
等の中間層を設けて長期安定性と応答性とを改善したＭ
ＩＳ型ダイオードを用いたガスセンサが開示されてい
る。特開平６−２２２０２７号公報には、ダイヤモンド
を半導体に用いたショットキーダイオード型のガスセン
サが開示されている。
検ガスに対する触媒活性を有する電極層に、ＴａＳｉx
等の中間層を設けて長期安定性と応答性とを改善したＭ
ＩＳ型ダイオードを用いたガスセンサが開示されてい
る。特開平６−２２２０２７号公報には、ダイヤモンド
を半導体に用いたショットキーダイオード型のガスセン
サが開示されている。
【０００６】最近では、ＳｉＣ（炭化珪素）を半導体に
用いたガスセンサが種々検討されている。ＳｉＣはＳｉ
に比べて耐電圧性、動作速度等に優れる利点がある。ま
た、Ｓｉはバンドギャップが１．１ｅＶ程度のため１５
０℃を越える環境下では使用できないが、ＳｉＣはバン
ドギャップが２．２〜３．３ｅＶ程度（３Ｃ−ＳｉＣで
２．２３ｅＶ、６Ｈ−ＳｉＣで３．０３ｅＶ、４Ｈ−Ｓ
ｉＣで３．２６ｅＶ。ただし、ＣはCubic（立方晶）、
ＨはHexagonal（六方晶）を示す。尚、ＣやＨの前に付
された３、４、６といった数値は、結晶構造の繰り返し
周期を示す。）と大きいため６００℃前後の高温下でも
使用できる利点がある。このため、高温においても動作
が可能なガスセンサへの応用が期待されている。
用いたガスセンサが種々検討されている。ＳｉＣはＳｉ
に比べて耐電圧性、動作速度等に優れる利点がある。ま
た、Ｓｉはバンドギャップが１．１ｅＶ程度のため１５
０℃を越える環境下では使用できないが、ＳｉＣはバン
ドギャップが２．２〜３．３ｅＶ程度（３Ｃ−ＳｉＣで
２．２３ｅＶ、６Ｈ−ＳｉＣで３．０３ｅＶ、４Ｈ−Ｓ
ｉＣで３．２６ｅＶ。ただし、ＣはCubic（立方晶）、
ＨはHexagonal（六方晶）を示す。尚、ＣやＨの前に付
された３、４、６といった数値は、結晶構造の繰り返し
周期を示す。）と大きいため６００℃前後の高温下でも
使用できる利点がある。このため、高温においても動作
が可能なガスセンサへの応用が期待されている。
【０００７】ショットキーダイオード型のガスセンサが
NASA Lewis Research Centerで検討されている。また、
キャパシタ型やショットキーダイオード型のガスセンサ
がスウェーデンのLinkoping大学で検討されている（電
気学会技術報告 第727号「アドバンストマイクロセン
サ・プロセス技術の動向」pp.18−22,1999）。
NASA Lewis Research Centerで検討されている。また、
キャパシタ型やショットキーダイオード型のガスセンサ
がスウェーデンのLinkoping大学で検討されている（電
気学会技術報告 第727号「アドバンストマイクロセン
サ・プロセス技術の動向」pp.18−22,1999）。
【０００８】ところで、ＳｉＣ単結晶ウェハの表面に
は、ｎｍオーダの表面粗度があることが知られている
（第60回応用物理学界学術講演会講演予稿集No.1,3p-R-
1,p335,1999）。また、「マイクロパイプ欠陥」と呼ば
れる中空貫通欠陥が発生しやすいことが知られている
（電子材料、1998年11月、p.57−61）。
は、ｎｍオーダの表面粗度があることが知られている
（第60回応用物理学界学術講演会講演予稿集No.1,3p-R-
1,p335,1999）。また、「マイクロパイプ欠陥」と呼ば
れる中空貫通欠陥が発生しやすいことが知られている
（電子材料、1998年11月、p.57−61）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ＳｉＣ単結晶を用いて
ガスセンサを作製するには、ＳｉＣ単結晶の表面粗度や
マイクロパイプ等の表面欠陥の影響を除去するように厳
密に制御する必要がある。また、ショットキーダイオー
ド型のガスセンサでは、高温下での長期使用において、
電極と半導体のショットキー接触の界面状態の劣化によ
るダイオード特性の経時変化が懸念される。この長期使
用における経時変化は、Ｓｉ単結晶を用いた場合におい
ても懸念される事項である。
ガスセンサを作製するには、ＳｉＣ単結晶の表面粗度や
マイクロパイプ等の表面欠陥の影響を除去するように厳
密に制御する必要がある。また、ショットキーダイオー
ド型のガスセンサでは、高温下での長期使用において、
電極と半導体のショットキー接触の界面状態の劣化によ
るダイオード特性の経時変化が懸念される。この長期使
用における経時変化は、Ｓｉ単結晶を用いた場合におい
ても懸念される事項である。
【００１０】本発明の目的は、Ｓｉ単結晶のみならず、
ＳｉＣ単結晶を用いた場合においても、センサ構成が簡
単で、長期使用におけるダイオード特性の経時変化が少
なく、Ｈ2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の水素原子を有
する分子を含有するガスの濃度を検出可能なガスセンサ
を提供することにある。
ＳｉＣ単結晶を用いた場合においても、センサ構成が簡
単で、長期使用におけるダイオード特性の経時変化が少
なく、Ｈ2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の水素原子を有
する分子を含有するガスの濃度を検出可能なガスセンサ
を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のｐｎ接合ダイオ
ード型ガスセンサは、検知電極となるオーミック電極の
上に、水素原子を有する分子から水素原子を解離する金
属触媒成分を含有する触媒層を有する。このようなｐｎ
接合ダイオードを検出素子に用いることで、水素原子を
有する分子を含有するガスの濃度を検出することが可能
となる。一般に、ショットキーダイオード型ガスセンサ
は、半導体と電極の間に１〜１０ｎｍ程度の薄い均一な
絶縁膜を形成しないと、整流特性が得られない。絶縁膜
に欠陥があると、長期使用による経時変化により絶縁破
壊に至る。しかし、１〜１０ｎｍ程度の薄い均一な絶縁
膜を工業的に形成するのは非常に難しく、ショットキー
ダイオード型ガスセンサの製造コストが高くなる。特に
は、半導体としてマイクロパイプ等の欠陥を含みやすい
ＳｉＣを用いた場合において顕著である。ところが、本
発明のｐｎ接合ダイオード型ガスセンサは、ショットキ
ーダイオード型ガスセンサとは異なり、半導体と電極の
間にはＳｉＯ2等の絶縁膜を必ずしも必要としない。そ
のため、ｐｎ接合ダイオード型ガスセンサは、ＳｉＣの
ようにマイクロパイプ等の欠陥を含みやすい化合物半導
体基板を用いた場合においても、ショットキーダイオー
ド型ガスセンサよりも製造コストを低くできる利点があ
る。更に、高温下における絶縁膜の電気絶縁破壊を回避
することができるため、ｐｎ接合型ダイオードを検出素
子に用いたガスセンサは信頼性に優れる。ｐｎ接合型ダ
イオードを検出素子に用いることで、長期使用における
ダイオード特性の経時変化を受け難い、耐環境性に優れ
たガスセンサとすることができる。
ード型ガスセンサは、検知電極となるオーミック電極の
上に、水素原子を有する分子から水素原子を解離する金
属触媒成分を含有する触媒層を有する。このようなｐｎ
接合ダイオードを検出素子に用いることで、水素原子を
有する分子を含有するガスの濃度を検出することが可能
となる。一般に、ショットキーダイオード型ガスセンサ
は、半導体と電極の間に１〜１０ｎｍ程度の薄い均一な
絶縁膜を形成しないと、整流特性が得られない。絶縁膜
に欠陥があると、長期使用による経時変化により絶縁破
壊に至る。しかし、１〜１０ｎｍ程度の薄い均一な絶縁
膜を工業的に形成するのは非常に難しく、ショットキー
ダイオード型ガスセンサの製造コストが高くなる。特に
は、半導体としてマイクロパイプ等の欠陥を含みやすい
ＳｉＣを用いた場合において顕著である。ところが、本
発明のｐｎ接合ダイオード型ガスセンサは、ショットキ
ーダイオード型ガスセンサとは異なり、半導体と電極の
間にはＳｉＯ2等の絶縁膜を必ずしも必要としない。そ
のため、ｐｎ接合ダイオード型ガスセンサは、ＳｉＣの
ようにマイクロパイプ等の欠陥を含みやすい化合物半導
体基板を用いた場合においても、ショットキーダイオー
ド型ガスセンサよりも製造コストを低くできる利点があ
る。更に、高温下における絶縁膜の電気絶縁破壊を回避
することができるため、ｐｎ接合型ダイオードを検出素
子に用いたガスセンサは信頼性に優れる。ｐｎ接合型ダ
イオードを検出素子に用いることで、長期使用における
ダイオード特性の経時変化を受け難い、耐環境性に優れ
たガスセンサとすることができる。
【００１２】ここにいう「検知電極となるオーミック電
極」とは、ｐｎ接合を形成した半導体の電流−電圧特性
において、電流が一定の時に生ずる電圧のシフトを電気
的信号として検出できるオーミック電極をいう。すなわ
ち、被検ガスに含まれる水素原子を有する分子の濃度を
検出することのできるオーミック電極を示す。半導体と
電極の間には、水素原子を有する分子の接触に起因する
仕事関数差に基づく接触電位差が生ずる。ｎ型半導体の
仕事関数値よりも小さい仕事関数値を有する電極を選択
するか、または、ｐ型半導体の仕事関数値よりも大きい
仕事関数値を有する電極を選択すれば、オーム性の接合
を有するオーミック電極が得られる。尚、本発明のガス
センサは、請求項にいう第１の半導体層及び第２の半導
体層とが接触したｐｎ接合を形成している。
極」とは、ｐｎ接合を形成した半導体の電流−電圧特性
において、電流が一定の時に生ずる電圧のシフトを電気
的信号として検出できるオーミック電極をいう。すなわ
ち、被検ガスに含まれる水素原子を有する分子の濃度を
検出することのできるオーミック電極を示す。半導体と
電極の間には、水素原子を有する分子の接触に起因する
仕事関数差に基づく接触電位差が生ずる。ｎ型半導体の
仕事関数値よりも小さい仕事関数値を有する電極を選択
するか、または、ｐ型半導体の仕事関数値よりも大きい
仕事関数値を有する電極を選択すれば、オーム性の接合
を有するオーミック電極が得られる。尚、本発明のガス
センサは、請求項にいう第１の半導体層及び第２の半導
体層とが接触したｐｎ接合を形成している。
【００１３】本発明のガスセンサが被検ガスに含まれる
水素原子を有する分子の濃度を検出するメカニズムは以
下のようである。水素原子を有する分子の接触および続
いて起こる水素原子の解離によって、半導体とオーミッ
ク電極の間に仕事関数差に基づく接触電位差が生ずる。
言い換えれば、解離した水素原子の影響によって、解離
水素濃度に比例する接触電位差が生ずる。この変化に対
して、同じ一定量の電流を流すために必要な電圧が変わ
る。この電圧のシフトを被検ガスに含まれる水素原子を
有する分子の濃度に対応する電気的信号として検出す
る。
水素原子を有する分子の濃度を検出するメカニズムは以
下のようである。水素原子を有する分子の接触および続
いて起こる水素原子の解離によって、半導体とオーミッ
ク電極の間に仕事関数差に基づく接触電位差が生ずる。
言い換えれば、解離した水素原子の影響によって、解離
水素濃度に比例する接触電位差が生ずる。この変化に対
して、同じ一定量の電流を流すために必要な電圧が変わ
る。この電圧のシフトを被検ガスに含まれる水素原子を
有する分子の濃度に対応する電気的信号として検出す
る。
【００１４】導電型がｐ型の半導体上に形成したｎ型の
層の表面に水素原子を有する分子を含有するガスの濃度
を検出可能なオーミック電極を形成した場合には、図３
に示すように、電圧値は増加する方向にシフトする。図
３は、３００℃における電圧シフトを示す一例である。
図中、（１３）はＮ2ガスのみの場合の電流−電圧特性
を示す。図中、（１２）は、Ｈ2ガスを１０００ｐｐｍ
添加した際の電流−電圧特性の電圧シフトΔＶ（１１）
を示す。
層の表面に水素原子を有する分子を含有するガスの濃度
を検出可能なオーミック電極を形成した場合には、図３
に示すように、電圧値は増加する方向にシフトする。図
３は、３００℃における電圧シフトを示す一例である。
図中、（１３）はＮ2ガスのみの場合の電流−電圧特性
を示す。図中、（１２）は、Ｈ2ガスを１０００ｐｐｍ
添加した際の電流−電圧特性の電圧シフトΔＶ（１１）
を示す。
【００１５】一方、導電型がｎ型の半導体上に形成した
ｐ型の層の表面に水素原子を有する分子を含有するガス
の濃度を検出可能なオーミック電極を形成した場合に
は、図４に示すように、電圧値は減少する方向にシフト
する。図４は、５００℃における電圧シフトを示す一例
である。図中、（１５）はＮ2ガスのみの場合の電流−
電圧特性を示す。図中、（１６）は、Ｈ2ガスを５０ｐ
ｐｍ添加した際の電流−電圧特性の電圧シフトΔＶ（１
４）を示す。
ｐ型の層の表面に水素原子を有する分子を含有するガス
の濃度を検出可能なオーミック電極を形成した場合に
は、図４に示すように、電圧値は減少する方向にシフト
する。図４は、５００℃における電圧シフトを示す一例
である。図中、（１５）はＮ2ガスのみの場合の電流−
電圧特性を示す。図中、（１６）は、Ｈ2ガスを５０ｐ
ｐｍ添加した際の電流−電圧特性の電圧シフトΔＶ（１
４）を示す。
【００１６】ｐｎ接合を形成する半導体としては、Ｓｉ
のみならず、ＳｉＣ、ＧａＡｓ等の化合物半導体等の公
知のものが使用できる。尚、本発明にいう「半導体」と
は、Ｓｉ半導体のみならず、化合物半導体をも含む概念
である。半導体ウェハとしては、単結晶のものを使用す
るのがよいが、ダイオード特性が得られれば、化学気相
析出法（ＣＶＤ）等の手法により生成した多結晶体を用
いることができる。
のみならず、ＳｉＣ、ＧａＡｓ等の化合物半導体等の公
知のものが使用できる。尚、本発明にいう「半導体」と
は、Ｓｉ半導体のみならず、化合物半導体をも含む概念
である。半導体ウェハとしては、単結晶のものを使用す
るのがよいが、ダイオード特性が得られれば、化学気相
析出法（ＣＶＤ）等の手法により生成した多結晶体を用
いることができる。
【００１７】１５０〜６００℃の高温下での使用におい
ても安定したセンサ出力を得るには、極力バンドギャッ
プの大きい半導体を用いるのがよい。特には、Ｓｉに比
べて耐電圧性、動作速度等に優れるＳｉＣを用いるのが
よい。ＳｉＣウェハは、高純度で、マイクロパイプや転
位等の欠陥のできるだけ少ない単結晶ウェハを用いるの
がよい。現状では一般に、ｎ型ＳｉＣウェハの方がｐ型
ＳｉＣウェハよりも安価であるため、ｎ型ＳｉＣウェハ
を用いた方がガスセンサの製造コストを下げることがで
きる。半導体としてＳｉＣウェハを選択した場合、ウェ
ハの少なくとも一方の面上にエピタキシャル層を形成し
ておくとよい。予めエピタキシャル層を形成してウェハ
のマイクロパイプや研磨傷等の欠陥を埋めてしまうこと
で、ｐｎ接合におけるリーク電流の発生を防止した、信
頼性の高いガスセンサが得られる。本発明のｐｎ接合ダ
イオード型ガスセンサは、積層型、プレナー型、メサ型
等の構造を用いて形成することができる。図１及び図２
に積層型の例を示す。図１１及び図１２にメサ型の例を
示す。メサ型の場合、プレナー型をベースにメサエッチ
ング技術を用いて電極間に凹み（例えば、図１１の９２
０、図１２の９２１）を設けるのがよい。表面を流れる
リーク電流の発生を効果的に防止できるからである。
尚、これらの図面はあくまで説明図であるため、本発明
のガスセンサは、これらの図面に示される各構成部分の
寸法比率や大小関係に限定されない。
ても安定したセンサ出力を得るには、極力バンドギャッ
プの大きい半導体を用いるのがよい。特には、Ｓｉに比
べて耐電圧性、動作速度等に優れるＳｉＣを用いるのが
よい。ＳｉＣウェハは、高純度で、マイクロパイプや転
位等の欠陥のできるだけ少ない単結晶ウェハを用いるの
がよい。現状では一般に、ｎ型ＳｉＣウェハの方がｐ型
ＳｉＣウェハよりも安価であるため、ｎ型ＳｉＣウェハ
を用いた方がガスセンサの製造コストを下げることがで
きる。半導体としてＳｉＣウェハを選択した場合、ウェ
ハの少なくとも一方の面上にエピタキシャル層を形成し
ておくとよい。予めエピタキシャル層を形成してウェハ
のマイクロパイプや研磨傷等の欠陥を埋めてしまうこと
で、ｐｎ接合におけるリーク電流の発生を防止した、信
頼性の高いガスセンサが得られる。本発明のｐｎ接合ダ
イオード型ガスセンサは、積層型、プレナー型、メサ型
等の構造を用いて形成することができる。図１及び図２
に積層型の例を示す。図１１及び図１２にメサ型の例を
示す。メサ型の場合、プレナー型をベースにメサエッチ
ング技術を用いて電極間に凹み（例えば、図１１の９２
０、図１２の９２１）を設けるのがよい。表面を流れる
リーク電流の発生を効果的に防止できるからである。
尚、これらの図面はあくまで説明図であるため、本発明
のガスセンサは、これらの図面に示される各構成部分の
寸法比率や大小関係に限定されない。
【００１８】エピタキシャル層の厚みの下限値は、１μ
ｍ以上、好ましくは３μｍ以上、更には５μｍ以上の厚
みにするとよい。リーク電流の発生を効果的に防止する
ことができる。エピタキシャル層の厚みの上限値につい
ては理論上制限はないが、生産効率を考えれば、２０μ
ｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、更には１０μｍ以下
の厚みにするとよい。
ｍ以上、好ましくは３μｍ以上、更には５μｍ以上の厚
みにするとよい。リーク電流の発生を効果的に防止する
ことができる。エピタキシャル層の厚みの上限値につい
ては理論上制限はないが、生産効率を考えれば、２０μ
ｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、更には１０μｍ以下
の厚みにするとよい。
【００１９】ｐｎ接合の形成方法としては、公知の技術
を用いることができる。イオン注入法、エキシマレ−ザ
によるドーピング法を用いて、用いる半導体ウェハと異
なる導電型の層を形成すればよい。例えば、ｎ型の半導
体基板を用いた場合、ドーピングにより導電型がｐ型に
なった領域が得られる。この領域を「第１の半導体層」
とみなした場合は、領域外のｎ型の半導体基板が占める
領域を「第２の半導体層」とする。一方、ｐ型の半導体
基板を用いた場合は、ドーピングにより導電型がｎ型に
なった領域が得られる。この領域を「第１の半導体層」
とみなした場合は、領域外のｎ型の半導体基板が占める
領域を「第２の半導体層」とする。尚、ｐ型とｎ型の組
合わせを交換することでガス濃度に対応して得られる電
圧シフトの方向が変わることは前述した。
を用いることができる。イオン注入法、エキシマレ−ザ
によるドーピング法を用いて、用いる半導体ウェハと異
なる導電型の層を形成すればよい。例えば、ｎ型の半導
体基板を用いた場合、ドーピングにより導電型がｐ型に
なった領域が得られる。この領域を「第１の半導体層」
とみなした場合は、領域外のｎ型の半導体基板が占める
領域を「第２の半導体層」とする。一方、ｐ型の半導体
基板を用いた場合は、ドーピングにより導電型がｎ型に
なった領域が得られる。この領域を「第１の半導体層」
とみなした場合は、領域外のｎ型の半導体基板が占める
領域を「第２の半導体層」とする。尚、ｐ型とｎ型の組
合わせを交換することでガス濃度に対応して得られる電
圧シフトの方向が変わることは前述した。
【００２０】本発明のガスセンサに用いるオーミック電
極は、オーミック性のコンタクトが取れるものであれ
ば、原則として材質には特に制限はないが、耐熱性に優
れた電極を選択することがガスセンサとしての実用上望
ましい。ｐ型半導体に対するオーミック電極の例として
は、Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ（ここで、「Ｔｉ／Ａｌ」とは、
半導体表面側からＴｉ→Ａｌの順番に積層した電極であ
ることを示す。以下、同様。）、Ａｌ／Ｎｉ、ＰｔＳｉ
ｘ（ケイ化白金）、ＴａＳｉｘ（ケイ化タンタル）等の
金属単体、混合物、化合物、合金、積層物等を挙げるこ
とができる。本発明のガスセンサを５００℃以上の高温
に曝される雰囲気下で使用する場合には、ＰｔＳｉｘ
（ケイ化白金）、ＴａＳｉｘ（ケイ化タンタル）等のケ
イ化物を用いることが耐熱性の点で特に望ましい。一
方、ｎ型半導体に対するオーミック電極の例としては、
Ｔａ、Ｎｉ、Ｔｉ／Ｗ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ｗ、ＮｉＳｉｘ
（ケイ化ニッケル）、ＴａＳｉｘ（ケイ化タンタル）、
ＷＳｉｘ（ケイ化タングステン）等の金属単体、化合
物、混合物、合金、積層物等を挙げることができる。こ
れらのｎ型半導体に対するオーミック電極は、いずれも
耐熱性に優れており、５００℃以上の高温に曝される雰
囲気下で使用することができる。尚、ケイ化物は一般に
不定比化合物であるため、金属とケイ素の比はｘで示さ
れる。また、ケイ化物をオーミック電極に用いる場合、
電極の形成条件によっては、ケイ化物の一部が分解し、
ケイ化物と、金属と、ケイ素との混合物になることがあ
るが、このような混合物であっても、電流−電圧特性の
測定によりオーミック性が確認できれば、本発明のガス
センサのオーミック電極として使用することができる。
これらの電極は、真空蒸着法、スパッタ法、レーザーア
ブレーション法等で半導体表面に形成することができる
が、特に、ケイ化物電極を形成する場合には、組成ずれ
を防止し、良好なオーミック性を確保する観点から、レ
ーザーアブレーション法で目的のケイ化物を堆積し、そ
の後レーザー照射を行って半導体表面との密着性を高め
ることが望ましい。
極は、オーミック性のコンタクトが取れるものであれ
ば、原則として材質には特に制限はないが、耐熱性に優
れた電極を選択することがガスセンサとしての実用上望
ましい。ｐ型半導体に対するオーミック電極の例として
は、Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ（ここで、「Ｔｉ／Ａｌ」とは、
半導体表面側からＴｉ→Ａｌの順番に積層した電極であ
ることを示す。以下、同様。）、Ａｌ／Ｎｉ、ＰｔＳｉ
ｘ（ケイ化白金）、ＴａＳｉｘ（ケイ化タンタル）等の
金属単体、混合物、化合物、合金、積層物等を挙げるこ
とができる。本発明のガスセンサを５００℃以上の高温
に曝される雰囲気下で使用する場合には、ＰｔＳｉｘ
（ケイ化白金）、ＴａＳｉｘ（ケイ化タンタル）等のケ
イ化物を用いることが耐熱性の点で特に望ましい。一
方、ｎ型半導体に対するオーミック電極の例としては、
Ｔａ、Ｎｉ、Ｔｉ／Ｗ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ｗ、ＮｉＳｉｘ
（ケイ化ニッケル）、ＴａＳｉｘ（ケイ化タンタル）、
ＷＳｉｘ（ケイ化タングステン）等の金属単体、化合
物、混合物、合金、積層物等を挙げることができる。こ
れらのｎ型半導体に対するオーミック電極は、いずれも
耐熱性に優れており、５００℃以上の高温に曝される雰
囲気下で使用することができる。尚、ケイ化物は一般に
不定比化合物であるため、金属とケイ素の比はｘで示さ
れる。また、ケイ化物をオーミック電極に用いる場合、
電極の形成条件によっては、ケイ化物の一部が分解し、
ケイ化物と、金属と、ケイ素との混合物になることがあ
るが、このような混合物であっても、電流−電圧特性の
測定によりオーミック性が確認できれば、本発明のガス
センサのオーミック電極として使用することができる。
これらの電極は、真空蒸着法、スパッタ法、レーザーア
ブレーション法等で半導体表面に形成することができる
が、特に、ケイ化物電極を形成する場合には、組成ずれ
を防止し、良好なオーミック性を確保する観点から、レ
ーザーアブレーション法で目的のケイ化物を堆積し、そ
の後レーザー照射を行って半導体表面との密着性を高め
ることが望ましい。
【００２１】第１のオーミック電極および第２のオーミ
ック電極のいずれか一方の電極上には、水素原子を有す
る分子から該水素原子を解離する金属触媒成分を含有す
る触媒層を形成する。金属触媒成分は、基本的には水素
原子を有する分子から水素原子を解離するものであれば
制限はないが、白金族元素成分を必須成分として含むと
よい。具体的には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔを含む成分である。水素原子の解離が効率的に行える
ためよい。特には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈがよい。触
媒層は、これらの白金族元素成分の金属単体、合金、酸
化物、化合物により形成するが、これらの白金族元素成
分を多孔質の誘電体薄膜に担持したもの等の形態で用い
ることができる。多孔質体を用いることで、表面積が増
加して触媒活性がより高められるからである。多孔質の
誘電体薄膜としては、γ−アルミナ、コランダム、スピ
ネル、ペロブスカイト等の耐熱性に優れるセラミック製
を用いるとよい。水素原子の解離を促進する触媒作用が
失われない形態であればよい。
ック電極のいずれか一方の電極上には、水素原子を有す
る分子から該水素原子を解離する金属触媒成分を含有す
る触媒層を形成する。金属触媒成分は、基本的には水素
原子を有する分子から水素原子を解離するものであれば
制限はないが、白金族元素成分を必須成分として含むと
よい。具体的には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔを含む成分である。水素原子の解離が効率的に行える
ためよい。特には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈがよい。触
媒層は、これらの白金族元素成分の金属単体、合金、酸
化物、化合物により形成するが、これらの白金族元素成
分を多孔質の誘電体薄膜に担持したもの等の形態で用い
ることができる。多孔質体を用いることで、表面積が増
加して触媒活性がより高められるからである。多孔質の
誘電体薄膜としては、γ−アルミナ、コランダム、スピ
ネル、ペロブスカイト等の耐熱性に優れるセラミック製
を用いるとよい。水素原子の解離を促進する触媒作用が
失われない形態であればよい。
【００２２】触媒層の厚みは１０〜２００ｎｍ（好まし
くは３０〜１５０ｎｍ、更には５０〜１００ｎｍ）の範
囲にするとよい。触媒層の厚みが１０ｎｍよりも薄い
と、水素原子による分極層が形成されにくくなってセン
サ感度が低下し、触媒層の厚みが２００ｎｍよりも厚い
と、解離した水素原子が半導体との界面に到達するのに
時間がかかってガスセンサの応答性が低下するからであ
る。
くは３０〜１５０ｎｍ、更には５０〜１００ｎｍ）の範
囲にするとよい。触媒層の厚みが１０ｎｍよりも薄い
と、水素原子による分極層が形成されにくくなってセン
サ感度が低下し、触媒層の厚みが２００ｎｍよりも厚い
と、解離した水素原子が半導体との界面に到達するのに
時間がかかってガスセンサの応答性が低下するからであ
る。
【００２３】
【実施例】本発明のガスセンサを以下に実施例を用いて
説明する。実施例１は、ｐ型ＳｉＣ半導体ウェハを用い
た実施例である。実施例１で用いたガスセンサ（９）の
構造を図１に示す。図１中、（１）はｐ型ＳｉＣ半導体
ウェハ、（２）は予め形成されたｐ型エピタキシャル
層、（３）はｎ型ドープ領域層、（４）はｎ型用オーミ
ック電極、（５）は触媒層、（６）はｐ型用オーミック
電極、（７）及び（８）は取り出し線の模式図である。
実施例２は、ｎ型ＳｉＣ半導体ウェハを用いた実施例で
ある。実施例２で用いたガスセンサ（９０）の構造を図
２に示す。図２中、（１０）はｎ型ＳｉＣ半導体ウェ
ハ、（２０）は予め形成されたｎ型エピタキシャル層、
（３０）はｐ型ドープ領域層、（４０）はｐ型用オーミ
ック電極、（５０）は触媒層、（６０）はｎ型用オーミ
ック電極、（７０）及び（８０）は取り出し線の模式図
である。
説明する。実施例１は、ｐ型ＳｉＣ半導体ウェハを用い
た実施例である。実施例１で用いたガスセンサ（９）の
構造を図１に示す。図１中、（１）はｐ型ＳｉＣ半導体
ウェハ、（２）は予め形成されたｐ型エピタキシャル
層、（３）はｎ型ドープ領域層、（４）はｎ型用オーミ
ック電極、（５）は触媒層、（６）はｐ型用オーミック
電極、（７）及び（８）は取り出し線の模式図である。
実施例２は、ｎ型ＳｉＣ半導体ウェハを用いた実施例で
ある。実施例２で用いたガスセンサ（９０）の構造を図
２に示す。図２中、（１０）はｎ型ＳｉＣ半導体ウェ
ハ、（２０）は予め形成されたｎ型エピタキシャル層、
（３０）はｐ型ドープ領域層、（４０）はｐ型用オーミ
ック電極、（５０）は触媒層、（６０）はｎ型用オーミ
ック電極、（７０）及び（８０）は取り出し線の模式図
である。
【００２４】（実施例１）ｐ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ（Ａ
ｌドープ量：１×１０18／ｃｍ3、エピタキシャル層
は、膜厚１０μｍで、Ａｌドープ量は１．５×１０16／
ｃｍ3）の一面に、所定の部位にイオン注入機によりＮ+
イオンを３０ｋｅＶで１×１０15／ｃｍ2注入する。次
いで、ウェハをＡｒ気流中、１５００℃×３０分の条件
下で活性化アニール処理を行い、ｐｎ接合ＳｉＣ半導体
を作製する。
ｌドープ量：１×１０18／ｃｍ3、エピタキシャル層
は、膜厚１０μｍで、Ａｌドープ量は１．５×１０16／
ｃｍ3）の一面に、所定の部位にイオン注入機によりＮ+
イオンを３０ｋｅＶで１×１０15／ｃｍ2注入する。次
いで、ウェハをＡｒ気流中、１５００℃×３０分の条件
下で活性化アニール処理を行い、ｐｎ接合ＳｉＣ半導体
を作製する。
【００２５】イオン注入を行っていない他方のｐ型面に
は、Ａｌを蒸着した後、ＫｒＦエキシマレーザを１．０
Ｊ／ｃｍ2×１００Shotsの条件で照射してＡｌオーミッ
ク電極を形成する。一方、イオン注入を行ったｎ型面に
は、Ｔｉを用いてＡｌと同様の方法によりＴｉオーミッ
ク電極を形成する。
は、Ａｌを蒸着した後、ＫｒＦエキシマレーザを１．０
Ｊ／ｃｍ2×１００Shotsの条件で照射してＡｌオーミッ
ク電極を形成する。一方、イオン注入を行ったｎ型面に
は、Ｔｉを用いてＡｌと同様の方法によりＴｉオーミッ
ク電極を形成する。
【００２６】ｎ型面に形成したＴｉオーミック電極上に
は、触媒層としてＰｔを真空蒸着装置を用いて蒸着し
て、Ｔｉ／Ｐｔの多層型とする。各電極にＰｔワイヤー
を溶接して、電極からの信号取り出しとする。もって、
目的とするガスセンサを完成する。
は、触媒層としてＰｔを真空蒸着装置を用いて蒸着し
て、Ｔｉ／Ｐｔの多層型とする。各電極にＰｔワイヤー
を溶接して、電極からの信号取り出しとする。もって、
目的とするガスセンサを完成する。
【００２７】得られたガスセンサを用いて、以下に示す
各種の被検ガス種に対するセンサ感度を測定する。測定
条件は以下のようである。
各種の被検ガス種に対するセンサ感度を測定する。測定
条件は以下のようである。
【００２８】（測定条件） ・印加電流：１ｍＡ ・素子の温度：３００℃ ・被検ガスの流量：１５ｓｌｍ（標準状態における１分
間あたりの流量が１５ｌ） ・被検ガス種：Ｈ2、ＮＨ3、Ｃ3Ｈ6 ・被検ガス濃度：１００〜５０００ｐｐｍ ・ベースガス：Ｎ2
間あたりの流量が１５ｌ） ・被検ガス種：Ｈ2、ＮＨ3、Ｃ3Ｈ6 ・被検ガス濃度：１００〜５０００ｐｐｍ ・ベースガス：Ｎ2
【００２９】図３に１０００ｐｐｍのＨ2を含む被検ガ
スの電流−電圧特性の測定結果を示す。電圧が高電圧側
にシフト（図３中、（１３）→（１２）へのシフト、Δ
Ｖ）し、Ｈ2を検知できることがわかる。また、図５に
ＮＨ3を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示
す。図中、向かって左側のピーク（１００）は、ＮＨ3
濃度５００ｐｐｍの時のピークで、向かって右側のピー
ク（１０１）は、ＮＨ3濃度１０００ｐｐｍの時のピー
クである。ＮＨ3濃度に応じた出力電圧が得られてい
る。図６にＣ3Ｈ6を含む被検ガスの電流−電圧特性の測
定結果を示す。図中、向かって左側のピーク（２００）
は、Ｃ3Ｈ6濃度１００ｐｐｍの時のピークで、向かって
右側のピーク（２０１）は、Ｃ3Ｈ6濃度１５０ｐｐｍの
時のピークである。Ｃ3Ｈ6濃度に応じた出力電圧が得ら
れている。図７にＨ2を含む被検ガスの電流−電圧特性
の測定結果を示す。図中、向かって左側のピーク（３０
０）は、Ｈ2濃度１０００ｐｐｍの時のピークで、向か
って右側のピーク（１０１）は、Ｈ2濃度５０００ｐｐ
ｍの時のピークである。Ｈ2濃度に応じた出力電圧が得
られている。結果より、本発明のガスセンサは、水素原
子を有する分子を含むガスに対して、ガス濃度に対応す
る感度を有することがわかる。
スの電流−電圧特性の測定結果を示す。電圧が高電圧側
にシフト（図３中、（１３）→（１２）へのシフト、Δ
Ｖ）し、Ｈ2を検知できることがわかる。また、図５に
ＮＨ3を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示
す。図中、向かって左側のピーク（１００）は、ＮＨ3
濃度５００ｐｐｍの時のピークで、向かって右側のピー
ク（１０１）は、ＮＨ3濃度１０００ｐｐｍの時のピー
クである。ＮＨ3濃度に応じた出力電圧が得られてい
る。図６にＣ3Ｈ6を含む被検ガスの電流−電圧特性の測
定結果を示す。図中、向かって左側のピーク（２００）
は、Ｃ3Ｈ6濃度１００ｐｐｍの時のピークで、向かって
右側のピーク（２０１）は、Ｃ3Ｈ6濃度１５０ｐｐｍの
時のピークである。Ｃ3Ｈ6濃度に応じた出力電圧が得ら
れている。図７にＨ2を含む被検ガスの電流−電圧特性
の測定結果を示す。図中、向かって左側のピーク（３０
０）は、Ｈ2濃度１０００ｐｐｍの時のピークで、向か
って右側のピーク（１０１）は、Ｈ2濃度５０００ｐｐ
ｍの時のピークである。Ｈ2濃度に応じた出力電圧が得
られている。結果より、本発明のガスセンサは、水素原
子を有する分子を含むガスに対して、ガス濃度に対応す
る感度を有することがわかる。
【００３０】（実施例２）ｎ型６Ｈ−ＳｉＣウェハ（Ｎ
ドープ量：１．９×１０18／ｃｍ3、エピタキシャル層
は、膜厚１０μｍで、Ｎドープ量は１．５×１０16／ｃ
ｍ3）の一面に、エキシマレーザドーピング法によりＡ
ｌイオンを注入し、ｐｎ接合ＳｉＣ半導体を作製する。
ここで、ウェハの表面部におけるＡｌイオン注入量は、
１×１０21／ｃｍ3で、表面部から６０ｎｍの深さにお
けるＡｌイオン注入量は、１×１０1 6／ｃｍ3になるよ
うにＡｌイオン濃度に傾斜が設けてある。
ドープ量：１．９×１０18／ｃｍ3、エピタキシャル層
は、膜厚１０μｍで、Ｎドープ量は１．５×１０16／ｃ
ｍ3）の一面に、エキシマレーザドーピング法によりＡ
ｌイオンを注入し、ｐｎ接合ＳｉＣ半導体を作製する。
ここで、ウェハの表面部におけるＡｌイオン注入量は、
１×１０21／ｃｍ3で、表面部から６０ｎｍの深さにお
けるＡｌイオン注入量は、１×１０1 6／ｃｍ3になるよ
うにＡｌイオン濃度に傾斜が設けてある。
【００３１】イオン注入を行っていない他方のｎ型面に
は、Ｎｉを真空蒸着した後、Ｈ2気流中１０００℃×５
分の条件で熱処理を行い、Ｎｉオーミック電極を形成す
る。一方、イオン注入を行ったｐ型面には、Ａｌを真空
蒸着してＡｌオーミック電極を形成する。更に、Ａｌオ
ーミック電極上に触媒層としてＰｔをＤＣマグネトロン
スパッタ装置を用いてスパッタして、Ａｌ／Ｐｔの多層
型とする。各電極にＰｔワイヤーを溶接して、電極から
の信号取り出しとする。もって、目的とするガスセンサ
を完成する。
は、Ｎｉを真空蒸着した後、Ｈ2気流中１０００℃×５
分の条件で熱処理を行い、Ｎｉオーミック電極を形成す
る。一方、イオン注入を行ったｐ型面には、Ａｌを真空
蒸着してＡｌオーミック電極を形成する。更に、Ａｌオ
ーミック電極上に触媒層としてＰｔをＤＣマグネトロン
スパッタ装置を用いてスパッタして、Ａｌ／Ｐｔの多層
型とする。各電極にＰｔワイヤーを溶接して、電極から
の信号取り出しとする。もって、目的とするガスセンサ
を完成する。
【００３２】得られたガスセンサを用いて、以下に示す
各種の被検ガス種に対するセンサ感度を測定する。測定
条件は以下のようである。
各種の被検ガス種に対するセンサ感度を測定する。測定
条件は以下のようである。
【００３３】（測定条件） ・印加電流：２０ｍＡ ・素子の温度：５００℃ ・被検ガスの流量：１５ｓｌｍ（標準状態における１分
間あたりの流量が１５ｌ） ・被検ガス種：Ｈ2、ＮＨ3、Ｃ3Ｈ6 ・被検ガス濃度：２〜１００ｐｐｍ ・ベースガス：Ｎ2
間あたりの流量が１５ｌ） ・被検ガス種：Ｈ2、ＮＨ3、Ｃ3Ｈ6 ・被検ガス濃度：２〜１００ｐｐｍ ・ベースガス：Ｎ2
【００３４】図４に５０ｐｐｍのＨ2を含む被検ガスの
電流−電圧特性の測定結果を示す。電圧が低電圧側にシ
フト（図４中、（１５）→（１６）へのシフト）し、Ｈ
2を検知できることがわかる。また、図８にＮＨ3を含む
被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す。図中、向
かって左側のピーク（４００）は、ＮＨ3濃度２０ｐｐ
ｍの時のピークで、向かって右側のピーク（４０１）
は、ＮＨ3濃度１００ｐｐｍの時のピークである。ＮＨ3
濃度に応じた出力電圧が得られている。図９にＣ3Ｈ6を
含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す。図
中、向かって左側のピーク（５００）は、Ｃ3Ｈ6濃度２
ｐｐｍの時のピークで、向かって右側のピーク（５０
１）は、Ｃ3Ｈ6濃度１０ｐｐｍの時のピークである。Ｃ
3Ｈ6濃度に応じた出力電圧が得られている。図１０にＨ
2を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す。
図中、向かって左側のピーク（６００）は、Ｈ2濃度５
０ｐｐｍの時のピークで、向かって右側のピーク（６０
１）は、Ｈ2濃度１００ｐｐｍの時のピークである。Ｈ2
濃度に応じた出力電圧が得られている。尚、実施例２は
実施例１とｐｎ型の関係が逆になっているため、出力の
出る方向が実施例１とは逆になっていることがわかる。
結果より、本発明のガスセンサは、水素原子を有する分
子を含むガスに対して、ガス濃度に対応する感度を有す
ることがわかる。
電流−電圧特性の測定結果を示す。電圧が低電圧側にシ
フト（図４中、（１５）→（１６）へのシフト）し、Ｈ
2を検知できることがわかる。また、図８にＮＨ3を含む
被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す。図中、向
かって左側のピーク（４００）は、ＮＨ3濃度２０ｐｐ
ｍの時のピークで、向かって右側のピーク（４０１）
は、ＮＨ3濃度１００ｐｐｍの時のピークである。ＮＨ3
濃度に応じた出力電圧が得られている。図９にＣ3Ｈ6を
含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す。図
中、向かって左側のピーク（５００）は、Ｃ3Ｈ6濃度２
ｐｐｍの時のピークで、向かって右側のピーク（５０
１）は、Ｃ3Ｈ6濃度１０ｐｐｍの時のピークである。Ｃ
3Ｈ6濃度に応じた出力電圧が得られている。図１０にＨ
2を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す。
図中、向かって左側のピーク（６００）は、Ｈ2濃度５
０ｐｐｍの時のピークで、向かって右側のピーク（６０
１）は、Ｈ2濃度１００ｐｐｍの時のピークである。Ｈ2
濃度に応じた出力電圧が得られている。尚、実施例２は
実施例１とｐｎ型の関係が逆になっているため、出力の
出る方向が実施例１とは逆になっていることがわかる。
結果より、本発明のガスセンサは、水素原子を有する分
子を含むガスに対して、ガス濃度に対応する感度を有す
ることがわかる。
【００３５】（実施例３）ｎ型またはｐ型６Ｈ−ＳｉＣ
ウェハの一面に、レーザーアブレーション法によりＴａ
Ｓｉｘ（ｘ＝２）を約３０ｎｍ堆積した。次に、エキシ
マレーザー（ＫｒＦ ２４８ｎｍ、τｐ＝２０ｎｓ）を
エネルギー照射密度１．０Ｊ／ｃｍ2で１００パルス照
射した。その後、さらにＴａＳｉｘを約７０ｎｍ堆積し
て電極作製を行った。図１３、１４にそれぞれｎ型、ｐ
型６Ｈ−ＳｉＣウェハに対して作製した電極の電流
（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性を示す。これらの図から、Ｔａ
Ｓｉｘは、ｎ型、ｐ型いずれの型に対してもオーミック
電極として使用できることが確認された。
ウェハの一面に、レーザーアブレーション法によりＴａ
Ｓｉｘ（ｘ＝２）を約３０ｎｍ堆積した。次に、エキシ
マレーザー（ＫｒＦ ２４８ｎｍ、τｐ＝２０ｎｓ）を
エネルギー照射密度１．０Ｊ／ｃｍ2で１００パルス照
射した。その後、さらにＴａＳｉｘを約７０ｎｍ堆積し
て電極作製を行った。図１３、１４にそれぞれｎ型、ｐ
型６Ｈ−ＳｉＣウェハに対して作製した電極の電流
（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性を示す。これらの図から、Ｔａ
Ｓｉｘは、ｎ型、ｐ型いずれの型に対してもオーミック
電極として使用できることが確認された。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、Ｓｉ単結晶のみなら
ず、ＳｉＣ単結晶を用いた場合においても、センサ構成
が簡単で、長期使用におけるダイオード特性の経時変化
の少ない、Ｈ2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の水素原子
を有する分子に対して感度を有するガスセンサを提供す
ることができる。
ず、ＳｉＣ単結晶を用いた場合においても、センサ構成
が簡単で、長期使用におけるダイオード特性の経時変化
の少ない、Ｈ2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、炭化水素等の水素原子
を有する分子に対して感度を有するガスセンサを提供す
ることができる。
【図１】ｐ型半導体を用いた本発明の積層型のｐｎ接合
ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
【図２】ｎ型半導体を用いた本発明の積層型のｐｎ接合
ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
【図３】ｐ型の半導体上に形成したｎ型の層の表面にオ
ーミック電極を形成した場合の電圧シフトを示す説明
図。
ーミック電極を形成した場合の電圧シフトを示す説明
図。
【図４】ｎ型の半導体上に形成したｐ型の層の表面にオ
ーミック電極を形成した場合の電圧シフトを示す説明
図。
ーミック電極を形成した場合の電圧シフトを示す説明
図。
【図５】ｐ型半導体を用いた実施例１のガスセンサのＮ
Ｈ3を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
Ｈ3を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
【図６】ｐ型半導体を用いた実施例１のガスセンサのＣ
3Ｈ6を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
3Ｈ6を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
【図７】ｐ型半導体を用いた実施例１のガスセンサのＨ
2を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す説
明図。
2を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す説
明図。
【図８】ｎ型半導体を用いた実施例２のガスセンサのＮ
Ｈ3を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
Ｈ3を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
【図９】ｎ型半導体を用いた実施例２のガスセンサのＣ
3Ｈ6を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
3Ｈ6を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
【図１０】ｎ型半導体を用いた実施例２のガスセンサの
Ｈ2を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
Ｈ2を含む被検ガスの電流−電圧特性の測定結果を示す
説明図。
【図１１】ｐ型半導体を用いた本発明のメサ型のｐｎ接
合ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
合ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
【図１２】ｎ型半導体を用いた本発明のメサ型のｐｎ接
合ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
合ダイオード型ガスセンサの一態様を示す説明図。
【図１３】ｎ型６Ｈ−ＳｉＣウェハの一面に形成された
ＴａＳｉｘ電極（ｘ＝２）の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特
性
ＴａＳｉｘ電極（ｘ＝２）の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特
性
【図１４】ｐ型６Ｈ−ＳｉＣウェハの一面に形成された
ＴａＳｉｘ電極（ｘ＝２）の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特
性
ＴａＳｉｘ電極（ｘ＝２）の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特
性
１、１１０ ｐ型半導体ウェハ １０、１１１ ｎ型半導体ウェハ ２、２１０ ｐ型エピタキシャル層 ２０、２１１ ｎ型エピタキシャル層 ３、３１０ ｎ型ドープ領域層 ３０、３１１ ｐ型ドープ領域層 ４、４１０ ｎ型用オーミック電極 ４０、４１１ ｐ型用オーミック電極 ５、５０、５１０、５１１ 触媒層 ６、６１０ ｐ型用オーミック電極 ６０、６１１ ｎ型用オーミック電極 ７、７０、８、８０、７１０、８１０、７１１、８１１
取り出し線 ９ 実施例１で用いた積層型のｐｎ接合ダイオード
型ガスセンサ ９０ 実施例２で用いた積層型のｐｎ接合ダイオード
型ガスセンサ ９１０ ｐ型半導体を用いたメサ型のｐｎ接合ダイオー
ド型ガスセンサ ９１１ ｎ型半導体を用いたメサ型のｐｎ接合ダイオー
ド型ガスセンサ ９２０、９２１ メサエッチングによる凹み １１ 実施例１で用いたガスセンサの高電圧側への電
圧シフトΔＶ。 １２ 実施例１で用いたガスセンサの高電圧側にシフ
トした電流−電圧特性のプロット。 １３ 実施例１で用いたガスセンサのＮ2ガスに対す
る電流−電圧特性のプロット。 １４ 実施例２で用いたガスセンサの低電圧側への電
圧シフトΔＶ。 １５ 実施例２で用いたガスセンサのＮ2ガスに対す
る電流−電圧特性のプロット。 １６ 実施例２で用いたガスセンサの低電圧側にシフ
トした電流−電圧特性のプロット。
取り出し線 ９ 実施例１で用いた積層型のｐｎ接合ダイオード
型ガスセンサ ９０ 実施例２で用いた積層型のｐｎ接合ダイオード
型ガスセンサ ９１０ ｐ型半導体を用いたメサ型のｐｎ接合ダイオー
ド型ガスセンサ ９１１ ｎ型半導体を用いたメサ型のｐｎ接合ダイオー
ド型ガスセンサ ９２０、９２１ メサエッチングによる凹み １１ 実施例１で用いたガスセンサの高電圧側への電
圧シフトΔＶ。 １２ 実施例１で用いたガスセンサの高電圧側にシフ
トした電流−電圧特性のプロット。 １３ 実施例１で用いたガスセンサのＮ2ガスに対す
る電流−電圧特性のプロット。 １４ 実施例２で用いたガスセンサの低電圧側への電
圧シフトΔＶ。 １５ 実施例２で用いたガスセンサのＮ2ガスに対す
る電流−電圧特性のプロット。 １６ 実施例２で用いたガスセンサの低電圧側にシフ
トした電流−電圧特性のプロット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 崇文 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G046 AA05 AA10 BA01 BA04 BA06 BB02 BB04 BC05 EA02 EA04 EA07 FE16 FE26 FE29 FE31 FE34 FE35
Claims (5)
- 【請求項１】 ｐ型またはｎ型のいずれか一方の型から
なる第１の半導体層と、 該第１の半導体層とは異なる型からなる第２の半導体層
と、 該第１の半導体層と該第２の半導体層とを含む半導体基
板と、 該第１の半導体層とコンタクトした第１のオーミック電
極と、 該第２の半導体層とコンタクトした第２のオーミック電
極と、を有するｐｎ接合ダイオード型ガスセンサであっ
て、 該第１のオーミック電極および該第２のオーミック電極
のいずれか一方の電極上に、水素原子を有する分子から
該水素原子を解離する金属触媒成分を含有する触媒層を
有することを特徴とするｐｎ接合ダイオード型ガスセン
サ。 - 【請求項２】 前記金属触媒成分が、白金族元素成分を
含むことを特徴とする請求項１に記載のｐｎ接合ダイオ
ード型ガスセンサ。 - 【請求項３】 前記第１または第２の半導体層の少なく
とも一方の半導体層の表面上にエピタキシャル層が形成
されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載のｐｎ接合ダイオード型ガスセンサ。 - 【請求項４】 前記第１または第２の半導体層が化合物
半導体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３
のいずれかに記載のｐｎ接合ダイオード型ガスセンサ。 - 【請求項５】 前記第１のオーミック電極および第２の
オーミック電極の少なくとも一方の電極が、ケイ化物か
らなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載のｐｎ接合ダイオード型ガスセンサ。
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| US20050212531A1 (en) * | 2004-03-23 | 2005-09-29 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. Intellectual Property Administration | Fluid sensor and methods |
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| US5929523A (en) | 1996-03-07 | 1999-07-27 | 3C Semiconductor Corporation | Os rectifying Schottky and ohmic junction and W/WC/TiC ohmic contacts on SiC |
| SE9601174D0 (sv) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | Abb Research Ltd | A method for producing a semiconductor device having a semiconductor layer of SiC and such a device |
| US6027954A (en) * | 1998-05-29 | 2000-02-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Gas sensing diode and method of manufacturing |
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