JP2006258422A - Thin film gas sensor - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film gas sensor enhanced in response, selectivity and environmental resistance by forming voids having a larger volume than before to a first gas selective combustion layer. <P>SOLUTION: The gas sensing layer 5 of the thin film gas sensor 10 includes a joint layer 5a, a sensing electrode layer 5b, a sensing layer 5c and the first gas selective combustion layer 5d in detail. The sensing layer 5c is an Sb-doped SnO<SB>2</SB>layer and the first gas selective combustion layer 5d comprises a Pd supported Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>sintered material. The first gas selective combustion layer 5d among those layers is obtained by employing a layer comprising a porous material formed by sintering the sintering material containing a catalyst powder which is obtained supporting a first catalyst on a mixture composed of a small-diameter powder of alumina (Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>) and a large-diameter powder of alumina. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電池駆動を念頭においた低消費電力型の薄膜ガスセンサに関する。   The present invention relates to a low power consumption thin film gas sensor with battery driving in mind.

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ており、ある特定ガス、例えば、一酸化炭素(CO)、メタンガス(CH)、プロパンガス(C)、メタノール蒸気(CHOH)等に選択的に感応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欠である。 Generally, a gas sensor is used for applications such as a gas leak alarm, and a specific gas such as carbon monoxide (CO), methane gas (CH 4 ), propane gas (C 3 H 8 ), methanol vapor ( It is a device that selectively responds to (CH 3 OH) and the like, and high sensitivity, high selectivity, high response, high reliability, and low power consumption are indispensable due to its nature.

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検知を目的としたもの、燃焼機器の不完全燃焼ガス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(ガス検知が必要であるが電源供給不能の箇所である点)の問題から普及率はそれほど高くない。そこで、普及率の向上を図るべく、設置性の改善、具体的には、電池駆動によるガス漏れ警報器としてコードレス化することが望まれている。   By the way, the gas leak alarms that are widely used for household use are for the purpose of detecting flammable gas for city gas and propane gas, for the purpose of detecting incomplete combustion gas of combustion equipment, or There are things that have both functions, etc., but the spread rate is not so high due to the problem of cost and installation (gas detection is necessary but power supply is impossible). Therefore, in order to improve the penetration rate, it is desired to improve the installation property, specifically, to be cordless as a battery-driven gas leak alarm.

ガス漏れ警報器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。しかしながら、接触燃焼式や半導体式のガスセンサを動作させるためには、ガスセンサのガス感知膜を200℃〜500℃の高温に加熱する必要があり、この加熱が電力を消費する要因となっている。SnOなどの粉体を焼結して作製したガス感知膜によるガスセンサでは、スクリーン印刷等の方法を用いてガス感知膜の厚みを可能な限り薄くしてガス感知膜の熱容量を小さくしているが、ガス感知膜以外の熱容量の低減化は考慮されていなかった。このため、従来技術のセンサ構造では、電池により駆動するには依然熱容量が大きすぎ、これを高温に加熱するには大きい電力が必要で電池の消耗が大きくなり、電池駆動で3〜5年の寿命を保証することは不可能であり、従来構造のままでは電池駆動のガス感知膜によるガスセンサは実用化が困難であった。 Low power consumption of the gas sensor is the most important for realizing the battery drive of the gas leak alarm. However, in order to operate a catalytic combustion type or semiconductor type gas sensor, it is necessary to heat the gas sensing film of the gas sensor to a high temperature of 200 ° C. to 500 ° C., and this heating is a factor that consumes electric power. The gas sensor according to the gas sensing film produced by sintering the powder, such as SnO 2, and using methods such as screen printing and thin as possible the thickness of the gas sensing film by reducing the heat capacity of the gas sensing film However, reduction of heat capacity other than the gas sensing film has not been considered. For this reason, in the sensor structure of the prior art, the heat capacity is still too large to be driven by a battery, and a large amount of power is required to heat it to a high temperature, resulting in a large consumption of the battery. It is impossible to guarantee the service life, and it is difficult to put a gas sensor using a battery-driven gas sensing film into practical use with the conventional structure.

そこで、微細加工プロセスにより高断熱・低熱容量のダイヤフラム構造として、実用上許容しうる低消費電力の薄膜ガスセンサが開発実用化されて現在に至っている。このような薄膜ガスセンサの従来技術が、例えば、特許文献1に開示されている。特許文献1に記載された薄膜ガスセンサは、特にガス感知層を覆うガス選択燃焼用のフィルタ層として、一次粒子径が1.0μm以下のAl,Cr,Fe,Ni,ZnO,SiOなどの多孔質金属酸化物を用い、膜厚を酸化物一次粒子径から最大100μmにすることにより、十分な応答性を有し、ガス選択性に優れ、妨害物質が共存するような劣悪な環境下にあっても安定に動作する薄膜ガスセンサとしている。 Thus, a thin film gas sensor with low power consumption that is practically acceptable has been developed and put into practical use as a diaphragm structure with high heat insulation and low heat capacity by a microfabrication process. The prior art of such a thin film gas sensor is disclosed in Patent Document 1, for example. The thin film gas sensor described in Patent Document 1 is a filter layer for gas selective combustion that covers a gas sensing layer, in particular, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , primary particle size of 1.0 μm or less, By using porous metal oxides such as Ni 2 O 3 , ZnO, and SiO 2 and making the film thickness up to 100 μm from the primary particle diameter of the oxide, it has sufficient responsiveness, excellent gas selectivity, and interference The thin film gas sensor operates stably even in a poor environment where substances coexist.

特開2001−221760号公報(段落番号0014,図1)JP 2001-221760 A (paragraph number 0014, FIG. 1)

しかしながら、特許文献1記載の薄膜ガスセンサのように、粒子径を略均一化することで問題点が生じる場合があった。この点について図を参照しつつ説明する。図8は、従来技術の薄膜ガスセンサの断面SEM写真である。図8に示す薄膜ガスセンサは、ダイヤフラム構造の熱絶縁支持層100、ヒーター層101、SiO絶縁層102、感知層103、第一ガス選択燃焼層104がある。第一ガス選択燃焼層104は、特許文献1のフィルタ層に相当するものであり、感知層103を覆うように設けられ、さらに各所に孔105(SEM写真中の黒い箇所)が形成されている多孔質体である。 However, as in the thin film gas sensor described in Patent Document 1, there is a case where a problem arises by making the particle diameter substantially uniform. This point will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a cross-sectional SEM photograph of a conventional thin film gas sensor. The thin film gas sensor shown in FIG. 8 includes a heat insulating support layer 100 having a diaphragm structure, a heater layer 101, a SiO 2 insulating layer 102, a sensing layer 103, and a first gas selective combustion layer 104. The first gas selective combustion layer 104 corresponds to the filter layer of Patent Document 1, and is provided so as to cover the sensing layer 103, and further, holes 105 (black portions in the SEM photograph) are formed in various places. It is a porous body.

この第一ガス選択燃焼層104の多孔質形成について説明する。図9は従来技術の第一ガス選択燃焼層104で使用される触媒粉末の粒度分布である。図9の横軸は平均直径を粒径として表し、縦軸は生起確率を表す。なお、粒子の平均直径については各種定義があるが、本明細書中における平均直径とは、例えば、触媒を担持する前のアルミナ(Al)粉末の単一の粒子の長軸径・短軸径の平均値である2軸平均径や長軸径・短軸径・中間軸の平均値である3軸平均径などである。上記図8の断面SEM写真で示す第一ガス選択燃焼層104は、図9の粒度分布のように、粒径(粒子の平均直径)の平均値=4μm、標準偏差=2μm程度のアルミナ(Al)粉末を触媒粉末として用いる。さて、このように第一ガス選択燃焼層104を構成するアルミナ粉末では粒径のばらつきは少ないが、このため、図8でも示すようにアルミナ粒子間に形成される孔105もばらつきが少ないものの、狭く小さいものとなっている。 The porous formation of the first gas selective combustion layer 104 will be described. FIG. 9 is a particle size distribution of the catalyst powder used in the first gas selective combustion layer 104 of the prior art. The horizontal axis in FIG. 9 represents the average diameter as the particle diameter, and the vertical axis represents the occurrence probability. In addition, although there are various definitions for the average diameter of the particles, the average diameter in the present specification is, for example, the major axis diameter of a single particle of alumina (Al 2 O 3 ) powder before supporting the catalyst. These are the biaxial average diameter, which is the average value of the short axis diameter, the triaxial average diameter, which is the average value of the long axis diameter, the short axis diameter, and the intermediate axis. As shown in the particle size distribution of FIG. 9, the first gas selective combustion layer 104 shown in the cross-sectional SEM photograph of FIG. 8 has alumina (Al) with an average value of particle diameter (average diameter of particles) = 4 μm and standard deviation = 2 μm. 2 O 3 ) powder is used as catalyst powder. Now, although the alumina powder constituting the first gas selective combustion layer 104 has a small variation in particle size, the holes 105 formed between the alumina particles have a small variation as shown in FIG. It is narrow and small.

このように個々の孔105が狭く小さいことに起因し、外部から検出ガスが濃度拡散してきても感知層103に至るまでに複雑な経路をたどることとなり、感知層103に到達するまで時間を要してガスセンサの応答性が向上できないおそれがあった。
また、孔105が狭く小さいことに起因し、触媒に妨害ガスが接触する機会が少なって燃焼効率が低いため、ガスの選択性が向上できないおそれもあった。
さらにまた、例えば40℃80%RHという高温高湿環境下でヒータ層101に通電してヒーターをオンオフさせてガスセンサを動作させると、アルミナ粒子間の孔105に水分が凝縮しやすくなる。いったん水分が凝縮すると、凝縮した水分がガスの濃度拡散の遮蔽物になるとともに、HOが分解したOH基が感知層103を構成するSnO表面の吸着サイトに吸着され、センサ感度が低下するおそれもある。
Due to the narrowness and smallness of the individual holes 105 as described above, even if the concentration of the detection gas diffuses from the outside, it takes a complicated path to reach the sensing layer 103, and it takes time to reach the sensing layer 103. As a result, the responsiveness of the gas sensor may not be improved.
Further, due to the narrowness and smallness of the holes 105, there is a possibility that the gas selectivity cannot be improved because the chance of the interfering gas contacting the catalyst is reduced and the combustion efficiency is low.
Furthermore, when the gas sensor is operated by energizing the heater layer 101 in a high-temperature and high-humidity environment of 40 ° C. and 80% RH, for example, the moisture is easily condensed in the holes 105 between the alumina particles. Once the moisture is condensed, the condensed moisture becomes a shielding substance for gas concentration diffusion, and the OH group decomposed by H 2 O is adsorbed on the adsorption site of the SnO 2 surface constituting the sensing layer 103, and the sensor sensitivity is lowered. There is also a risk.

そこでこの発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、第一ガス選択燃焼層に従来よりも容積が大きい空隙を形成し、応答性、選択性および耐環境性を向上させた薄膜ガスセンサを提供することにある。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object thereof is to form a void having a larger volume than the conventional one in the first gas selective combustion layer, thereby improving responsiveness, selectivity and environmental resistance. An object of the present invention is to provide an improved thin film gas sensor.

このような本発明の請求項1に係る薄膜ガスセンサは、
貫通孔を有するSi基板と、
この貫通孔の開口部に張られるダイアフラム様の熱絶縁支持層と、
熱絶縁支持層上に設けられるヒーター層と、
熱絶縁支持層およびヒーター層を覆うように設けられる電気絶縁層と、
電気絶縁層上に設けられる一対の感知電極層と、一対の感知電極層を渡されるように設けられる感知層と、感知層の表面に設けられる第一ガス選択燃焼層と、を有するガス感知層と、
を備える薄膜ガスセンサであって、
前記第一ガス選択燃焼層は、アルミナ(Al)小径粉末およびアルミナ大径粉末の混合物に第一の触媒を担持させてなる触媒粉末を含む焼結材を焼結させた多孔質体による層であることを特徴とする。
Such a thin film gas sensor according to claim 1 of the present invention includes:
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched on the opening of the through hole;
A heater layer provided on the heat insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A gas sensing layer having a pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer, a sensing layer provided to pass the pair of sensing electrode layers, and a first gas selective combustion layer provided on a surface of the sensing layer When,
A thin film gas sensor comprising:
The first gas selective combustion layer is a porous body obtained by sintering a sintered material containing a catalyst powder obtained by supporting a first catalyst on a mixture of alumina (Al 2 O 3 ) small diameter powder and alumina large diameter powder. It is characterized by being a layer by.

また、本発明の請求項2に係る薄膜ガスセンサは、
請求項1に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記混合物は、小径アルミナ粒子の平均直径の平均値が5μm未満であるアルミナ小径粉末と、大径アルミナ粒子の平均直径の平均値が5μm以上15μm以下であるアルミナ大径粉末と、による混合物であることを特徴とする。
A thin film gas sensor according to claim 2 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 1,
The mixture is a mixture of an alumina small-diameter powder whose average diameter of small-diameter alumina particles is less than 5 μm, and an alumina large-diameter powder whose average diameter of large-diameter alumina particles is 5 μm or more and 15 μm or less. It is characterized by that.

また、本発明の請求項3に係る薄膜ガスセンサは、
請求項1または請求項2に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記混合物は、小径アルミナ粒子の平均直径の平均値の生起確率が、大径アルミナ粒子の平均直径の平均値の生起確率よりも大きくなるように配合した混合物であることを特徴とする。
A thin film gas sensor according to claim 3 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 1 or 2,
The said mixture is a mixture mix | blended so that the occurrence probability of the average value of the average diameter of a small diameter alumina particle may become larger than the occurrence probability of the average value of the average diameter of a large diameter alumina particle.

また、本発明の請求項4に係る薄膜ガスセンサは、
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記第一の触媒は、パラジウム(Pd)であることを特徴とする。
A thin film gas sensor according to claim 4 of the present invention is
In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The first catalyst is palladium (Pd).

また、本発明の請求項5に係る薄膜ガスセンサは、
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記感知層と前記第一ガス選択燃焼層との間に介在するように設けられ、第二の触媒を担持した薄膜の第二ガス選択燃焼層、
を備えることを特徴とする。
A thin film gas sensor according to claim 5 of the present invention is
In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
A second gas selective combustion layer of a thin film provided between the sensing layer and the first gas selective combustion layer and carrying a second catalyst;
It is characterized by providing.

また、本発明の請求項6に係る薄膜ガスセンサは、
請求項5に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記第二ガス選択燃焼層は、第二の触媒として白金(Pt)を担持したSnOによる薄膜の層であることを特徴とする。
A thin film gas sensor according to claim 6 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 5,
The second gas selective combustion layer is a thin film layer made of SnO 2 supporting platinum (Pt) as a second catalyst.

以上のような本発明によれば、第一ガス選択燃焼層に従来よりも容積が大きい空隙も形成し、応答性、選択性および耐環境性を向上させた薄膜ガスセンサを提供することができる。   According to the present invention as described above, it is possible to provide a thin film gas sensor in which a void having a volume larger than that of the conventional gas is formed in the first gas selective combustion layer, and the responsiveness, selectivity and environmental resistance are improved.

以下、本発明を実施するための最良の形態(第1形態)の薄膜ガスセンサについて図を参照しつつ説明する。図1は本形態の薄膜ガスセンサの断面構造図である。図2は本形態の薄膜ガスセンサの断面SEM写真である。薄膜ガスセンサは、Si基板1、熱絶縁支持層2、ヒーター層3、電気絶縁層4、ガス感知層5を備える。熱絶縁支持層2は、詳しくは、熱酸化SiO層2a、CVD−Si層2b、CVD−SiO層2cの三層構造となっている。また、ガス感知層5は、詳しくは、接合層5a,感知電極層5b,感知層5c,第一ガス選択燃焼層5dを備える。この感知層5cはSb−doped SnO層であり、第一ガス選択燃焼層5dはPd担持Al焼結材である。 The best mode (first mode) thin film gas sensor for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional structural view of a thin film gas sensor of this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional SEM photograph of the thin film gas sensor of this embodiment. The thin film gas sensor includes a Si substrate 1, a heat insulating support layer 2, a heater layer 3, an electrical insulating layer 4, and a gas sensing layer 5. Specifically, the heat insulating support layer 2 has a three-layer structure of a thermally oxidized SiO 2 layer 2a, a CVD-Si 3 N 4 layer 2b, and a CVD-SiO 2 layer 2c. The gas sensing layer 5 includes a bonding layer 5a, a sensing electrode layer 5b, a sensing layer 5c, and a first gas selective combustion layer 5d in detail. The sensing layer 5c is an Sb-doped SnO 2 layer, and the first gas selective combustion layer 5d is a Pd-supported Al 2 O 3 sintered material.

図2で示すSEM写真では、熱絶縁支持層2、ヒーター層3、電気絶縁層4、感知層5c、第一ガス選択燃焼層5dまでが判別可能に示されている(他の構成は表示倍率を増やすことで見えるものである)。
この薄膜ガスセンサ10では、Sb−doped SnO層の感知層5cの表面に、AlにPdを触媒として担持した第一ガス選択燃焼層5dを覆うように構成して検知ガスより酸化活性の強いガスを燃焼させて、ある特定ガス(例えばCHやCO)のみを感知層5cまで到達させてガス感度を向上させる構成である。
In the SEM photograph shown in FIG. 2, the thermal insulation support layer 2, the heater layer 3, the electrical insulation layer 4, the sensing layer 5c, and the first gas selective combustion layer 5d are shown to be distinguishable (other configurations are display magnifications). Can be seen by increasing.
The thin film gas sensor 10 is configured to cover the surface of the sensing layer 5c of the Sb-doped SnO 2 layer so as to cover the first gas selective combustion layer 5d in which Pd is supported on Al 2 O 3 as a catalyst. The gas sensitivity is improved by burning a strong gas and causing only a specific gas (for example, CH 4 or CO) to reach the sensing layer 5c.

続いて各部構成について説明する。
Si基板1はシリコン(Si)により形成され、貫通孔を有するように形成される。
熱絶縁支持層2はこの貫通孔の開口部に張られてダイアフラム様に形成され、Si基板1の上に設けられる。
熱絶縁支持層2は、詳しくは、熱酸化SiO層2a、CVD−Si層2b、CVD−SiO層2cの三層構造となっている。
Next, the configuration of each part will be described.
The Si substrate 1 is formed of silicon (Si) and has a through hole.
The heat insulating support layer 2 is stretched over the opening of the through hole and formed in a diaphragm shape, and is provided on the Si substrate 1.
Specifically, the heat insulating support layer 2 has a three-layer structure of a thermally oxidized SiO 2 layer 2a, a CVD-Si 3 N 4 layer 2b, and a CVD-SiO 2 layer 2c.

熱酸化SiO層2aは熱絶縁層として形成され、ヒーター層3で発生する熱をSi基板1側へ熱伝導しないようにして熱容量を小さくする機能を有する。また、この熱酸化SiO層2aはプラズマエッチングに対して高い抵抗力を示し、後述するがプラズマエッチングによるSi基板1への貫通孔の形成を容易にする。
CVD−Si層2bは、熱酸化SiO層2aの上側に形成される。
CVD−SiO層2cは、CVD−Si層2bの上側に形成され、ヒーター層3との密着性を向上させるとともに電気的絶縁を確保する。CVD(化学気相成長法)によるSiO層は内部応力が小さい。
The thermally oxidized SiO 2 layer 2a is formed as a heat insulating layer and has a function of reducing the heat capacity by preventing heat generated in the heater layer 3 from being conducted to the Si substrate 1 side. The thermally oxidized SiO 2 layer 2a exhibits high resistance to plasma etching and facilitates formation of a through hole in the Si substrate 1 by plasma etching, which will be described later.
The CVD-Si 3 N 4 layer 2b is formed above the thermally oxidized SiO 2 layer 2a.
The CVD-SiO 2 layer 2c is formed on the upper side of the CVD-Si 3 N 4 layer 2b to improve the adhesion with the heater layer 3 and ensure electrical insulation. The SiO 2 layer formed by CVD (chemical vapor deposition) has a small internal stress.

ヒーター層3は、薄膜状のNi−Cr膜(ニッケル−クロム膜)であって、熱絶縁支持層2のほぼ中央の上面に設けられる。また、図示しない電源供給ラインも形成される。
電気絶縁層4は、電気的に絶縁を確保するスパッタSiO層からなり、熱絶縁支持層2およびヒーター層3を覆うように設けられる。ヒーター層3と感知電極層5bとの間に電気的な絶縁を確保し、また、電気絶縁層4は感知層5cとの密着性を向上させる。
The heater layer 3 is a thin-film Ni—Cr film (nickel-chromium film), and is provided on the upper surface at substantially the center of the heat insulating support layer 2. A power supply line (not shown) is also formed.
The electrical insulating layer 4 is formed of a sputtered SiO 2 layer that ensures electrical insulation, and is provided so as to cover the heat insulating support layer 2 and the heater layer 3. Electrical insulation is ensured between the heater layer 3 and the sensing electrode layer 5b, and the electrical insulation layer 4 improves adhesion with the sensing layer 5c.

接合層5aは、例えば、Ta膜(タンタル膜)またはTi膜(チタン膜)からなり、電気絶縁層4の上に設けられる。この接合層5aは、感知電極層5bと電気絶縁層4との間に介在して接合強度を高める機能を有している。
感知電極層5bは、例えばPt膜(白金膜)またはAu膜(金膜)からなり、感知層5cの感知電極となるように左右一対に設けられる。
感知層5cは、Sb−doped SnO層からなり、一対の感知電極層5b,5bを渡されるように電気絶縁層4の上に形成される。
The bonding layer 5 a is made of, for example, a Ta film (tantalum film) or a Ti film (titanium film), and is provided on the electrical insulating layer 4. The bonding layer 5a is interposed between the sensing electrode layer 5b and the electrical insulating layer 4 and has a function of increasing the bonding strength.
The sensing electrode layer 5b is made of, for example, a Pt film (platinum film) or an Au film (gold film), and is provided in a pair on the left and right sides so as to be a sensing electrode of the sensing layer 5c.
The sensing layer 5c is composed of an Sb-doped SnO 2 layer, and is formed on the electrically insulating layer 4 so as to pass the pair of sensing electrode layers 5b and 5b.

第一ガス選択燃焼層5dは、第一の触媒であるパラジウム(Pd)を担持した焼結体であり、先に説明したようにPd担持Al焼結材である。Alは多孔質体であるため多数の空隙(後述)が形成されており、多数の空隙を通過する検知ガスがPdに接触する機会を増加させて燃焼反応を促進させる。第一ガス選択燃焼層5dは、電気絶縁層4、接合層5a、一対の感知電極層5b,5b、感知層5cの表面を覆うように設けられる。
このような薄膜ガスセンサはダイアフラム構造により高断熱,低熱容量の構造としている。薄膜ガスセンサの構成はこのようなものである。
The first gas selective combustion layer 5d is a sintered body supporting palladium (Pd) as the first catalyst, and is a Pd-supported Al 2 O 3 sintered material as described above. Since Al 2 O 3 is a porous body, a large number of voids (described later) are formed, and the detection gas passing through the large number of voids increases the chance of contact with Pd to promote the combustion reaction. The first gas selective combustion layer 5d is provided so as to cover the surfaces of the electrical insulating layer 4, the bonding layer 5a, the pair of sensing electrode layers 5b and 5b, and the sensing layer 5c.
Such a thin film gas sensor has a structure of high heat insulation and low heat capacity by a diaphragm structure. The configuration of the thin film gas sensor is such.

続いて、本発明の特徴的な部分について詳細に説明する。
第一ガス選択燃焼層5dの機能は、検出ガス(CHセンサの場合はCHであり、COセンサの場合はCOである。)が感知層5cに達するように透過させ、主な妨害ガス(CHセンサの場合はH,COであり、COセンサの場合はH,CHである。)を、ヒーターで高温に加熱しパラジウム(Pd)の酸化触媒作用で燃焼させて感知層5cに到達しないようにすることである。従って、第一ガス選択燃焼層5dは、触媒粉末およびバインダを含む焼結材を焼結する場合、内部に十分な量と大きさの空隙が存在するようにして、パラジウム(Pd)に接触し易くして燃焼を促進するとともに、外部からガスが濃度拡散しやすい構造とする必要がある。
また、バインダが触媒粉末の粒間に入り込んで粒間の空隙を埋めてしまわないようにするために、バインダはできるだけ少ない量にして触媒粉末を固着させる必要がある。
Subsequently, characteristic portions of the present invention will be described in detail.
The function of the first gas selective combustion layer 5d is to allow the detection gas (CH 4 in the case of the CH 4 sensor and CO in the case of the CO sensor) to pass through to reach the sensing layer 5c, and to prevent the main interfering gas. (In the case of the CH 4 sensor, H 2 and CO, and in the case of the CO sensor, H 2 and CH 4 ) are heated to a high temperature with a heater and burned by the oxidation catalytic action of palladium (Pd), thereby sensing layer. It is to prevent reaching 5c. Therefore, the first gas selective combustion layer 5d comes into contact with palladium (Pd) so that a sufficient amount and size of voids exist inside when sintering a sintered material containing the catalyst powder and the binder. It is necessary to facilitate the combustion and make the structure easy to diffuse the concentration of gas from the outside.
Further, in order to prevent the binder from entering between the particles of the catalyst powder and filling the voids between the particles, the amount of the binder needs to be as small as possible to fix the catalyst powder.

そこで、触媒粉末として用いられるアルミナ粉末を、単一の粒子の平均直径が小さい小径アルミナ粒子による小径アルミナ粉末と、単一の粒子の平均直径が大きい大径アルミナ粒子による大径アルミナ粉末と、の混合物であるようなアルミナ粉末とし、このようなアルミナ粉末にPd触媒を担持させて触媒粉末としている。続いて、このような大径アルミナ粉末を構成する大径アルミナ粒子の好ましい大きさと、小径アルミナ粉末を構成する小径アルミナ粒子の好ましい大きさと、について説明する。図3は混合物に含まれる大径アルミナ粉末と小径アルミナ粉末とのそれぞれの粒度分布を示す特性図、図4は混合物であるアルミナ粉末の粒度分布である。   Therefore, the alumina powder used as the catalyst powder is composed of small-diameter alumina powder with small-diameter alumina particles having a small average diameter of single particles, and large-diameter alumina powder with large-diameter alumina particles having a large average diameter of single particles. The mixture is an alumina powder that is a mixture, and a Pd catalyst is supported on the alumina powder to form a catalyst powder. Subsequently, the preferred size of the large-diameter alumina particles constituting such a large-diameter alumina powder and the preferred size of the small-diameter alumina particles constituting the small-diameter alumina powder will be described. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the particle size distribution of the large diameter alumina powder and the small diameter alumina powder contained in the mixture, and FIG. 4 is the particle size distribution of the alumina powder as the mixture.

図3で示すように、小径アルミナ粉末の粒度分布は、単一の小径アルミナ粒子の平均直径(粒径)の平均値が5μm未満であり、詳しくは粒径の平均値=4μm、標準偏差=2μm程度の正規分布であり、また、大径アルミナ粉末の粒度分布は、単一の大径アルミナ粒子の平均直径(粒径)の平均値が5μm以上15μm以下であり、詳しくは粒径の平均値=10μm、標準偏差=2μm程度の正規分布である。   As shown in FIG. 3, the particle size distribution of the small-diameter alumina powder is such that the average value of the average diameter (particle diameter) of a single small-diameter alumina particle is less than 5 μm. Specifically, the average value of particle diameter = 4 μm, standard deviation = It is a normal distribution of about 2 μm, and the particle size distribution of the large-diameter alumina powder is that the average value (particle diameter) of a single large-diameter alumina particle is 5 μm or more and 15 μm or less. It is a normal distribution with a value = 10 μm and a standard deviation = 2 μm.

これら大径アルミナ粉末と小径アルミナ粉末とを混合すると、図4の粒度分布に従うようなアルミナ粉末が得られる。詳しくは大径アルミナ粉末と小径アルミナ粉末とを混合した粉末の粒度分布であり、図4の横軸はPd担持前の小径アルミナ粉末および大径アルミナ粉末の平均直径を粒径として表し、縦軸は生起確率を表す。すなわち、4μmと10μmとで2つのピークを持つような粒度分布を有するアルミナ粉末である。   When these large-diameter alumina powder and small-diameter alumina powder are mixed, an alumina powder that follows the particle size distribution of FIG. 4 is obtained. Specifically, it is a particle size distribution of a powder obtained by mixing a large-diameter alumina powder and a small-diameter alumina powder, and the horizontal axis in FIG. 4 represents the average diameter of the small-diameter alumina powder and the large-diameter alumina powder before carrying Pd as the particle diameter. Represents the probability of occurrence. That is, it is an alumina powder having a particle size distribution that has two peaks at 4 μm and 10 μm.

このようなアルミナ粉末を用いる第一ガス選択燃焼層5dの実際の構造は、図2で示すようになる。特に本形態では大径アルミナ粒子と小径アルミナ粒子とからなり、大径アルミナ粒子同士が接する部分に小径アルミナ粒子が多数存在し、大径アルミナ粒子間に大きな空隙ができている箇所には小径アルミナ粒子は存在せず、ガスの濃度拡散が容易にできる空隙5eが存在している。   The actual structure of the first gas selective combustion layer 5d using such alumina powder is as shown in FIG. In particular, in this embodiment, it is composed of large-diameter alumina particles and small-diameter alumina particles, and a large number of small-diameter alumina particles are present at the portion where the large-diameter alumina particles are in contact with each other. There are no particles, and there are gaps 5e that facilitate gas concentration diffusion.

続いて、本形態の薄膜ガスセンサの製造方法について概略説明する。
まず、板状のシリコンウェハー(図示せず)に対して熱酸化法によりその片面(または表裏両面)に熱酸化を施して熱酸化SiO膜たる熱酸化SiO層2aを形成する。
そして、熱酸化SiO層2aを形成した面にCVD−Si膜をプラズマCVD法にて堆積してCVD−Si層2bを形成する。そして、このCVD−Si層2bの上面にCVD−SiO膜をプラズマCVD法にて堆積してCVD−SiO層2cを形成する。
Then, the manufacturing method of the thin film gas sensor of this form is demonstrated roughly.
First, a plate-like silicon wafer (not shown) is thermally oxidized on one side (or both sides) by a thermal oxidation method to form a thermally oxidized SiO 2 layer 2a as a thermally oxidized SiO 2 film.
Then, a CVD-Si 3 N 4 film is deposited on the surface on which the thermally oxidized SiO 2 layer 2a is formed by a plasma CVD method to form a CVD-Si 3 N 4 layer 2b. Then, a CVD-SiO 2 film is deposited on the upper surface of the CVD-Si 3 N 4 layer 2b by a plasma CVD method to form a CVD-SiO 2 layer 2c.

さらに、CVD−SiO層2cの上面にNi−Cr膜をスパッタリング法により堆積してパターニングすることによりヒーター層3を形成する。そして、このCVD−SiO層2cとヒーター層3との上面にスパッタSiO膜をスパッタリング法により堆積して、スパッタSiO層である電気絶縁層4を形成する。 Further, the heater layer 3 is formed by depositing and patterning a Ni—Cr film on the upper surface of the CVD-SiO 2 layer 2c by sputtering. Then, a sputtered SiO 2 film is deposited on the upper surfaces of the CVD-SiO 2 layer 2c and the heater layer 3 by a sputtering method to form an electrical insulating layer 4 that is a sputtered SiO 2 layer.

この電気絶縁層4の上に接合層5a、感知電極層5bを形成する。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用い、通常のスパッタリング法によって行う。成膜条件は接合層(TaあるいはTi)5a、感知電極層(PtあるいはAu)5bとも同じで、Arガス(アルゴンガス)圧力1Pa、基板温度300℃、RFパワー2W/cm、膜厚は接合層5a/感知電極層5b=500Å/2000Åである。 A bonding layer 5a and a sensing electrode layer 5b are formed on the electrical insulating layer 4. Film formation is performed by an ordinary sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. The film formation conditions are the same for the bonding layer (Ta or Ti) 5a and the sensing electrode layer (Pt or Au) 5b. Ar gas (argon gas) pressure 1 Pa, substrate temperature 300 ° C., RF power 2 W / cm 2 , film thickness Bonding layer 5a / sensing electrode layer 5b = 500/2000.

一対の感知電極層5b,5bに渡されるように電気絶縁層4の上にSb−doped SnO膜がスパッタリング法により堆積され、感知層5cが形成される。
成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用い、反応性スパッタリング法によって行う。ターゲットにはSbを0.5wt%含有するSnOを用いる。成膜条件はAr+Oガス圧力2Pa、基板温度150〜300℃、RFパワー2W/cmである。感知層5cの大きさは、50ないし200μm角程度、厚さは0.2ないし1.6μm程度が望ましい。
A Sb-doped SnO 2 film is deposited by sputtering on the electrical insulating layer 4 so as to be passed to the pair of sensing electrode layers 5b, 5b, thereby forming the sensing layer 5c.
Film formation is performed by a reactive sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. SnO 2 containing 0.5 wt% Sb is used as the target. The film forming conditions are Ar + O 2 gas pressure 2 Pa, substrate temperature 150 to 300 ° C., RF power 2 W / cm 2 . The size of the sensing layer 5c is preferably about 50 to 200 μm square, and the thickness is preferably about 0.2 to 1.6 μm.

続いて、電気絶縁層4、接合層5a、一対の感知電極層5b,5bおよび感知層5cを覆うように、第一ガス選択燃焼層5dが形成される。この第一ガス選択燃焼層5dは、小径アルミナ粉末と大径アルミナ粉末との混合物であるアルミナ粉末にPd触媒を担持させた粉末である触媒粉末、シリカゾルバインダまたはアルミゾルバインダというようなバインダ、粘度調整用に添加される粘度調整材、を有機溶剤または水に混合させて撹拌の上で粘性がある印刷ペーストを生成する。ここに、有機溶剤を用いる場合は有機溶剤に溶け、かつ加熱により消失する粘度調整材としてメチルセルロース等の樹脂を採用することができる。また、水を用いる場合は水溶性であり、かつ加熱により消失する粘度調整材としてエチルセルロース等の樹脂を採用することができる。これらは適宜選択される。この印刷ペーストを用いてメタルマスクを有するスクリーン印刷機でスクリーン印刷で印刷する。焼成後の第一ガス選択燃焼層5dとなる印刷ペーストの大きさは、感知層5cを十分に覆えるようにする。このようにスクリーン印刷により厚みを薄くすることで、熱容量の低減を図る。   Subsequently, the first gas selective combustion layer 5d is formed so as to cover the electrical insulating layer 4, the bonding layer 5a, the pair of sensing electrode layers 5b and 5b, and the sensing layer 5c. The first gas selective combustion layer 5d is composed of a catalyst powder, which is a powder in which a Pd catalyst is supported on an alumina powder that is a mixture of a small-diameter alumina powder and a large-diameter alumina powder, a binder such as a silica sol binder or an aluminum sol binder, and a viscosity. A viscosity adjusting material added for adjustment is mixed with an organic solvent or water to produce a printing paste that is viscous upon stirring. Here, when an organic solvent is used, a resin such as methylcellulose can be employed as a viscosity modifier that dissolves in the organic solvent and disappears upon heating. Further, when water is used, a resin such as ethyl cellulose can be employed as a viscosity modifier that is water-soluble and disappears by heating. These are appropriately selected. Using this printing paste, printing is performed by screen printing with a screen printer having a metal mask. The size of the printing paste that becomes the first gas selective combustion layer 5d after firing is set to sufficiently cover the sensing layer 5c. Thus, the heat capacity is reduced by reducing the thickness by screen printing.

この印刷ペーストを室温で乾燥後、例えば500℃で1時間焼成させる。焼成前の印刷ペーストは、撹拌時に混入した気泡とともに触媒粉末およびバインダを含み、特に大径アルミナ粒子が体積を多く占めるペースト体であり、粘性が高く所望の形状になるようになされている。このような印刷ペーストは、内在する気泡の周囲に大径アルミナ粒子が存在するとともに小径アルミナ粒子およびバインダが隣接する大径アルミナ粒子間に形成される隙間に入り込んだ状態で存在している。そしてこの印刷ペーストを焼成すると、溶剤または水は蒸発によりなくなり、粘度調整材は焼失によりなくなり、気泡箇所はそのまま空隙5eとなって、第一ガス選択燃焼層5dが焼結する。   The printing paste is dried at room temperature and then baked at, for example, 500 ° C. for 1 hour. The printing paste before firing contains catalyst powder and a binder together with bubbles mixed during stirring, and is a paste body in which large-diameter alumina particles occupy a large volume, and has a high viscosity and a desired shape. Such a printing paste is present in a state where large-diameter alumina particles exist around the inner bubbles and small-diameter alumina particles and a binder enter a gap formed between adjacent large-diameter alumina particles. When this printing paste is baked, the solvent or water disappears due to evaporation, the viscosity modifier disappears due to burning, and the bubble portion remains as a gap 5e, and the first gas selective combustion layer 5d is sintered.

このような焼成後の第一ガス選択燃焼層5dは、大径アルミナ粒子間の空隙に小径アルミナ粒子が入り込んだ状態で焼結され、アルミナ粒間の固着力を強化することができる。従ってバインダの添加量を従来より少なくすることが可能であり、主成分を“触媒粉末”とすることができる。また、気泡が存在した箇所を大きな間隙5eとして形成することができる。   The fired first gas selective combustion layer 5d is sintered in a state in which the small-diameter alumina particles enter the voids between the large-diameter alumina particles, and can enhance the adhesion between the alumina particles. Accordingly, it is possible to reduce the amount of binder added compared to the conventional one, and the main component can be “catalyst powder”. Moreover, the location where bubbles existed can be formed as a large gap 5e.

最後にシリコンウェハー(図示せず)の裏面から微細加工プロセスとしてエッチングによりシリコンを除去して貫通孔を形成してSi基板1とし、ダイヤフラム構造の薄膜ガスセンサを形成する。薄膜ガスセンサの製造方法はこのようになる。   Finally, silicon is removed from the back surface of the silicon wafer (not shown) by etching as a microfabrication process to form a through hole to form the Si substrate 1, thereby forming a thin film gas sensor having a diaphragm structure. The manufacturing method of the thin film gas sensor is as follows.

このような本形態の薄膜ガスセンサでは、第一ガス選択燃焼層5dにより妨害ガス(CHセンサの場合はH,COであり、COセンサの場合はH,CHである。)を選択して燃焼させて検出ガス(CHセンサの場合はCH、COセンサの場合はCOである。)を優先的に通過させる。この際、外部からの検出ガスは、大きな空隙5eを利用して濃度拡散し、感知層5cに容易に到達するため、ガスセンサの応答性を向上させることができる。また、第一の触媒であるパラジウムに接触する機会を増大させるため、妨害ガスの燃焼効率を高め、選択性を向上させることができる。 In such a thin film gas sensor of this embodiment, the interfering gas (H 2 and CO in the case of the CH 4 sensor, and H 2 and CH 4 in the case of the CO sensor) is selected by the first gas selective combustion layer 5d. Then, it is burned and the detection gas (CH 4 in the case of a CH 4 sensor and CO in the case of a CO sensor) is preferentially passed. At this time, the detection gas from the outside diffuses in concentration using the large gap 5e and easily reaches the sensing layer 5c, so that the responsiveness of the gas sensor can be improved. Moreover, since the opportunity to contact palladium which is a 1st catalyst is increased, the combustion efficiency of interference gas can be improved and selectivity can be improved.

また、本形態の薄膜ガスセンサでは、広く大きい空隙5eとして水分が凝縮しにくくしているため、例えば40℃80%RHという高温高湿環境下でヒーターをオンオフさせてガスセンサを動作させたとしても、従来技術のように凝縮した水分がガスの濃度拡散の遮蔽物になるような事態や、または、HOが分解したOH基が感知層5cを構成するSnO表面の吸着サイトに吸着されるという事態の発生を従来よりも抑制し、センサ感度の低下を抑制することができる。 Further, in the thin film gas sensor of this embodiment, the moisture is difficult to condense as the wide gap 5e. For example, even if the heater is turned on / off in a high temperature and high humidity environment of 40 ° C. and 80% RH, A situation in which the condensed moisture becomes a shielding substance for gas concentration diffusion as in the prior art, or OH groups decomposed by H 2 O are adsorbed on the adsorption sites on the SnO 2 surface constituting the sensing layer 5c. The occurrence of such a situation can be suppressed as compared with the conventional case, and a decrease in sensor sensitivity can be suppressed.

続いて本発明の改良形態(第2形態)について図を参照しつつ説明する。図5は他の形態の薄膜ガスセンサの断面構造図である。薄膜ガスセンサ20は、Si基板1、熱絶縁支持層2、ヒーター層3、電気絶縁層4、ガス感知層5を備える。熱絶縁支持層2は、詳しくは、熱酸化SiO層2a、CVD−Si層2b、CVD−SiO層2cの三層構造となっている。本形態ではガス感知層5が先に説明した形態と相違するものであり、詳しくは、接合層5a,感知電極層5b,感知層5c,第一ガス選択燃焼層5dに加え,第二ガス選択燃焼層5fを備える。この感知層5cはSb−doped SnO層であり、第一ガス選択燃焼層5dはPd担持Al焼結材であり、第二ガス選択燃焼層5fはPt−doped SnO層である。なお、この第一ガス選択燃焼層5dも、図2のSEM写真で示すような空隙5eを備える。 Next, an improved embodiment (second embodiment) of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a sectional structural view of another embodiment of a thin film gas sensor. The thin film gas sensor 20 includes a Si substrate 1, a heat insulating support layer 2, a heater layer 3, an electric insulating layer 4, and a gas sensing layer 5. Specifically, the heat insulating support layer 2 has a three-layer structure of a thermally oxidized SiO 2 layer 2a, a CVD-Si 3 N 4 layer 2b, and a CVD-SiO 2 layer 2c. In this embodiment, the gas sensing layer 5 is different from the previously described embodiment. Specifically, in addition to the bonding layer 5a, the sensing electrode layer 5b, the sensing layer 5c, and the first gas selective combustion layer 5d, the second gas selection layer is selected. A combustion layer 5f is provided. The sensing layer 5c is an Sb-doped SnO 2 layer, the first gas selective combustion layer 5d is a Pd-supported Al 2 O 3 sintered material, and the second gas selective combustion layer 5f is a Pt-doped SnO 2 layer. . The first gas selective combustion layer 5d also includes a gap 5e as shown in the SEM photograph of FIG.

続いて、相違点である第二ガス選択燃焼層5fについてのみ説明し、他は先の形態と同じ構成・機能を有するものであり、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
第二ガス選択燃焼層5fは、第二の触媒である白金(Pt)を含む薄膜であり、先に説明したようにPt−doped SnO層である。第二ガス選択燃焼層5fは、感知層5cの表面に、Pt−doped SnO膜がスパッタリング法により堆積されて形成される。さらに、第二ガス選択燃焼層5fの表面には第一ガス選択燃焼層5dが覆うように形成される。この第一ガス選択燃焼層5dは、電気絶縁層4、接合層5a、一対の感知電極層5b,5b、感知層5cの表面も覆うように設けられる。
このように構成しても本発明の効果を奏しうる。
Subsequently, only the second gas selective combustion layer 5f, which is a difference, will be described, and the other components have the same configuration and function as those of the previous embodiment, and the same reference numerals are given and redundant description is omitted.
The second gas selective combustion layer 5f is a thin film containing platinum (Pt) as the second catalyst, and is a Pt-doped SnO 2 layer as described above. The second gas selective combustion layer 5f is formed by depositing a Pt-doped SnO 2 film on the surface of the sensing layer 5c by a sputtering method. Further, the surface of the second gas selective combustion layer 5f is formed so as to cover the first gas selective combustion layer 5d. The first gas selective combustion layer 5d is provided so as to cover the surfaces of the electrical insulating layer 4, the bonding layer 5a, the pair of sensing electrode layers 5b and 5b, and the sensing layer 5c.
Even if comprised in this way, the effect of this invention can be show | played.

以上、第1,第2形態について説明した。しかしながら、これら形態では更なる変更が可能である。この点について説明する。図6は変更形態における薄膜ガスセンサの第一ガス選択燃焼層で使用される触媒粉末の粒度分布である。
これまで述べてきた第一ガス選択燃焼層5dでは、大径アルミナ粉末と小径アルミナ粉末を等量ずつ混合して生起確率が同じになるようにしていたが、等量に混合する必要はない。特に、大径アルミナ粒子同士が接する部分に形成される隙間に、小径アルミナ粒子を十分に集めてバインダとしての固着力を確保するためには、大径アルミナ粉末に比べて小径アルミナ粉末の量を多くすると有効である。そこで、小径アルミナ粒子の平均直径の平均値の生起確率が、大径アルミナ粒子の平均直径の平均値の生起確率よりも大きくなるように配合した混合物にすると良い。例えば、図6の大径アルミナ粉末に比べて小径アルミナ粉末の量を多くして混合した触媒粉末の粒度分布で示すような混合物である。この粒度分布におけるそれぞれの生起確率は、大径アルミナ粉末と小径アルミナ粉末との総体積を略同一とするような生起確率とした分布である。このような粒度分布にすることにより、大径アルミナ粒子同士が接する部分に形成される隙間に小径アルミナ粒子が十分に集まって固着力をより強固にすることができる。
The first and second embodiments have been described above. However, further modifications are possible in these forms. This point will be described. FIG. 6 is a particle size distribution of the catalyst powder used in the first gas selective combustion layer of the thin film gas sensor in the modified embodiment.
In the first gas selective combustion layer 5d described so far, the large-diameter alumina powder and the small-diameter alumina powder are mixed in equal amounts so that the occurrence probabilities are the same, but they need not be mixed in equal amounts. In particular, in order to sufficiently collect the small-diameter alumina particles in the gap formed at the portion where the large-diameter alumina particles are in contact with each other and ensure the fixing force as a binder, the amount of the small-diameter alumina powder is set to be larger than that of the large-diameter alumina powder. It is effective to increase it. Therefore, it is preferable to use a mixture in which the occurrence probability of the average value of the average diameter of the small-diameter alumina particles is larger than the occurrence probability of the average value of the average diameter of the large-diameter alumina particles. For example, it is a mixture as shown by the particle size distribution of the catalyst powder mixed by increasing the amount of the small-diameter alumina powder compared to the large-diameter alumina powder of FIG. The respective occurrence probabilities in the particle size distribution are distributions having occurrence probabilities that make the total volume of the large-diameter alumina powder and the small-diameter alumina powder substantially the same. By having such a particle size distribution, the small-diameter alumina particles can be sufficiently gathered in the gaps formed in the portions where the large-diameter alumina particles are in contact with each other, and the fixing force can be further strengthened.

なお、本明細書中ではアルミナ粉末の粒度分布を、横軸を粒径で表して正規分布すると仮定して述べてきたが、アルミナ粉末を粉砕した時に得られる図7のような粒度分布、すなわち横軸を粒径の対数に対する生起確率が正規分布になるような粒度分布を採用しても良い。このような場合でも、これまでの議論の本質は何ら変わらない。   In the present specification, the particle size distribution of the alumina powder has been described on the assumption that the horizontal axis represents the particle size and is a normal distribution. However, the particle size distribution as shown in FIG. You may employ | adopt a particle size distribution that the occurrence probability with respect to the logarithm of a particle size becomes a normal distribution on a horizontal axis. Even in such a case, the essence of the discussion so far has not changed.

本発明を実施するための最良の形態の薄膜ガスセンサの断面構造図である。1 is a cross-sectional structure diagram of a thin film gas sensor of the best mode for carrying out the present invention. 本発明を実施するための最良の形態の薄膜ガスセンサの断面SEM写真である。It is a cross-sectional SEM photograph of the thin film gas sensor of the best form for implementing this invention. 混合物に含まれる大径アルミナ粉末と小径アルミナ粉末とのそれぞれの粒度分布を示す特性図である。It is a characteristic view which shows each particle size distribution of the large diameter alumina powder and small diameter alumina powder which are contained in a mixture. 混合物であるアルミナ粉末の粒度分布である。It is a particle size distribution of the alumina powder which is a mixture. 他の形態の薄膜ガスセンサの断面構造図である。It is a cross-section figure of the thin film gas sensor of other forms. 変更形態における薄膜ガスセンサの第一ガス選択燃焼層で使用される触媒粉末の粒度分布である。It is a particle size distribution of the catalyst powder used in the 1st gas selective combustion layer of the thin film gas sensor in a modification. 粒径の対数に対する生起確立を表す触媒粉末の粒度分布である。It is a particle size distribution of the catalyst powder showing the occurrence establishment with respect to the logarithm of the particle size. 従来技術の薄膜ガスセンサの断面SEM写真である。It is a cross-sectional SEM photograph of the thin film gas sensor of a prior art. 従来技術の第一ガス選択燃焼層で使用される触媒粉末の粒度分布である。It is a particle size distribution of the catalyst powder used in the prior art first gas selective combustion layer.

符号の説明Explanation of symbols

10,20:薄膜ガスセンサ
1:Si基板
2:熱絶縁支持層
2a:熱酸化SiO
2b:CVD−Si
2c:CVD−SiO
3:ヒーター層
4:電気絶縁層
5:ガス感知層
5a:接合層
5b:感知電極層
5c:感知層(Sb−doped SnO層)
5d:第一ガス選択燃焼層(Pd担持Al焼結材)
5e:空隙
5f:第二ガス選択燃焼層(Pt−doped SnO層)
10, 20: Thin film gas sensor 1: Si substrate 2: Thermal insulation support layer 2a: Thermal oxidation SiO 2 layer 2b: CVD-Si 3 N 4 layer 2c: CVD-SiO 2 layer 3: Heater layer 4: Electrical insulation layer 5: Gas sensing layer 5a: bonding layer 5b: sensing electrode layer 5c: sensing layer (Sb-doped SnO 2 layer)
5d: first gas selective combustion layer (Pd-supported Al 2 O 3 sintered material)
5e: gap 5f: second gas selective combustion layer (Pt-doped SnO 2 layer)

Claims (6)

貫通孔を有するSi基板と、
この貫通孔の開口部に張られるダイアフラム様の熱絶縁支持層と、
熱絶縁支持層上に設けられるヒーター層と、
熱絶縁支持層およびヒーター層を覆うように設けられる電気絶縁層と、
電気絶縁層上に設けられる一対の感知電極層と、一対の感知電極層を渡されるように設けられる感知層と、感知層の表面に設けられる第一ガス選択燃焼層と、を有するガス感知層と、
を備える薄膜ガスセンサであって、
前記第一ガス選択燃焼層は、アルミナ(Al)小径粉末およびアルミナ大径粉末の混合物に第一の触媒を担持させてなる触媒粉末を含む焼結材を焼結させた多孔質体による層であることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched on the opening of the through hole;
A heater layer provided on the heat insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A gas sensing layer having a pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer, a sensing layer provided to pass the pair of sensing electrode layers, and a first gas selective combustion layer provided on a surface of the sensing layer When,
A thin film gas sensor comprising:
The first gas selective combustion layer is a porous body obtained by sintering a sintered material containing a catalyst powder obtained by supporting a first catalyst on a mixture of alumina (Al 2 O 3 ) small diameter powder and alumina large diameter powder. A thin film gas sensor, characterized by comprising
請求項1に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記混合物は、小径アルミナ粒子の平均直径の平均値が5μm未満であるアルミナ小径粉末と、大径アルミナ粒子の平均直径の平均値が5μm以上15μm以下であるアルミナ大径粉末と、による混合物であることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
The thin film gas sensor according to claim 1,
The mixture is a mixture of an alumina small-diameter powder whose average diameter of small-diameter alumina particles is less than 5 μm, and an alumina large-diameter powder whose average diameter of large-diameter alumina particles is 5 μm or more and 15 μm or less. A thin film gas sensor characterized by that.
請求項1または請求項2に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記混合物は、小径アルミナ粒子の平均直径の平均値の生起確率が、大径アルミナ粒子の平均直径の平均値の生起確率よりも大きくなるように配合した混合物であることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
The thin film gas sensor according to claim 1 or 2,
The thin film gas sensor is characterized in that the mixture is a mixture blended so that the occurrence probability of the average value of the average diameter of the small-diameter alumina particles is larger than the occurrence probability of the average value of the average diameter of the large-diameter alumina particles.
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記第一の触媒は、パラジウム(Pd)であることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The thin film gas sensor, wherein the first catalyst is palladium (Pd).
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記感知層と前記第一ガス選択燃焼層との間に介在するように設けられ、第二の触媒を担持した薄膜の第二ガス選択燃焼層、
を備えることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
A second gas selective combustion layer of a thin film provided between the sensing layer and the first gas selective combustion layer and carrying a second catalyst;
A thin film gas sensor comprising:
請求項5に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記第二ガス選択燃焼層は、第二の触媒として白金(Pt)を担持したSnOによる薄膜の層であることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
The thin film gas sensor according to claim 5,
The second gas selective combustion layer is a thin film layer made of SnO 2 supporting platinum (Pt) as a second catalyst.
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