JP2010060481A - Thin film gas sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film gas sensor for reducing penetration of silica sol (silica colloid) in a pore and a gap and improving mechanical strength of a gas selection combustion layer and improving detection performance of a gas sensitive layer even in the porous gas sensitive layer (SnO<SB>2</SB>layer) covered with the gas selection combustion layer containing silica sol as a binder, and to provide a method of manufacturing such a thin film gas sensor. <P>SOLUTION: In the thin film gas sensor and the method of manufacturing the same, a liquid 60 having a high boiling point is filled into a plurality of gaps 532 and a plurality of pores 533 in the gas sensitive film 53 and the gas selection combustion film 54 is formed so that the gas sensitive film 53 is covered, the gas sensitive film 53 and the gas selection combustion film 54 are baked, the liquid 60 having a high boiling point of the gaps 532 and the pores 533 is evaporated, the gaps 532 and the pores 533 are formed in the gas sensitive film 53, and the gas sensitive layer 53 and the gas selection combustion layer 54 are formed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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、および、この薄膜ガスセンサの製造方法に関する。   The present invention relates to a low power consumption thin film gas sensor with battery driving in mind, and a method of manufacturing the thin film gas sensor.

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いる。ガスセンサは、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)、エタノール蒸気(COH)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. The gas sensor is a device that is selectively sensitive to a specific gas such as carbon monoxide (CO), methane gas (CH 4 ), propane gas (C 3 H 8 ), ethanol vapor (C 2 H 5 OH), and the like. In terms of its character, high sensitivity, high selectivity, high response, high reliability, and low power consumption are indispensable.

ところで、家庭用として普及しているガス漏れ警報器は、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、などであるが、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、ガス漏れ警報器の普及率はそれほど高くない。そこで、ガス漏れ警報器の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, gas leak alarms that are widely used for household use are intended for detecting flammable gases for city gas and propane gas, for detecting incomplete combustion gases in combustion equipment, or both. However, the penetration rate of gas leak alarms is so high due to problems of cost and installation (gas detection is necessary but power cannot be supplied). Absent. Therefore, in order to improve the diffusion rate of the gas leak alarm device, it is desired to improve the installation property, specifically, to be cordless as a battery-driven gas leak alarm device.

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が200℃〜500℃の高温に加熱される必要があり、この加熱が電力を消費する要因である。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、薄膜化は限界があって、ガス感知膜は充分に薄くならない。このため、ガスセンサを電池駆動する場合、ガス感知膜の熱容量は大きすぎることとなり、ガス感知膜を高温に加熱するには大きい電力が必要となって電池の消耗が大きくなる。このような理由から、ガス感知膜を電池駆動するガスセンサは、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, the gas sensing film of the gas sensor needs to be heated to a high temperature of 200 ° C. to 500 ° C., and this heating is a factor that consumes electric power. A gas sensor using a gas sensing film prepared by sintering powder such as SnO 2 uses a method such as screen printing to reduce the thickness of the gas sensing film as much as possible to reduce the heat capacity of the gas sensing film. However, thinning has a limit, and the gas sensing film is not thin enough. For this reason, when the gas sensor is driven by a battery, the heat capacity of the gas sensing film is too large, and a large amount of power is required to heat the gas sensing film to a high temperature, resulting in an increase in battery consumption. For this reason, it has been difficult to put into practical use a gas sensor that drives the gas sensing film with a battery.

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。続いてこのような薄膜ガスセンサについて説明する。図6は、従来技術の薄膜ガスセンサを概略的に示す縦断面図である。   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. Next, such a thin film gas sensor will be described. FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing a conventional thin film gas sensor.

この従来技術の薄膜ガスセンサは、シリコン基板(以下Si基板)1、熱絶縁支持層2、ヒータ層3、電気絶縁層4、ガス検出層5を備える。熱絶縁支持層2は、詳しくは、熱酸化SiO層21、CVD−Si層22、CVD−SiO層23の三層構造となっている。また、ガス検出層5は、詳しくは、接合層51、感知電極層52、ガス感応層53、ガス選択燃焼層54を備える。このガス感応層53はアンチモン(Sb)をドープした二酸化スズ層(以下、SnO層)であり、ガス選択燃焼層54はパラジウム(Pd)または白金(Pt)を触媒として担持したアルミナ焼結材(以下、触媒担持Al焼結材)である。そして、ヒータ層3およびガス検出層5(詳しくは感知電極層52を介してガス感応層53)は、図示しない駆動・処理部に接続されている。 This conventional thin film gas sensor includes a silicon substrate (hereinafter referred to as Si substrate) 1, a heat insulating support layer 2, a heater layer 3, an electric insulating layer 4, and a gas detection layer 5. Specifically, the heat insulating support layer 2 has a three-layer structure of a thermally oxidized SiO 2 layer 21, a CVD-Si 3 N 4 layer 22, and a CVD-SiO 2 layer 23. The gas detection layer 5 includes a bonding layer 51, a sensing electrode layer 52, a gas sensitive layer 53, and a gas selective combustion layer 54 in detail. This gas sensitive layer 53 is a tin dioxide layer doped with antimony (Sb) (hereinafter referred to as SnO 2 layer), and the gas selective combustion layer 54 is an alumina sintered material carrying palladium (Pd) or platinum (Pt) as a catalyst. (Hereinafter referred to as catalyst-supported Al 2 O 3 sintered material). The heater layer 3 and the gas detection layer 5 (specifically, the gas sensitive layer 53 via the sensing electrode layer 52) are connected to a driving / processing unit (not shown).

この従来技術の薄膜ガスセンサは、様々な気体成分と接触することにより酸化物半導体であるガス感応層53の電気抵抗値(センサ抵抗値)が変化する現象を利用するセンサである。200〜500℃程度に加熱された金属酸化物半導体は、ガス濃度によりその導電率が変化する特性を持つ。金属酸化物半導体は、空気中では酸素を吸着して高抵抗化するが可燃性ガス中では可燃性ガスを吸着して低抵抗化する。   This conventional thin-film gas sensor is a sensor that utilizes a phenomenon in which the electrical resistance value (sensor resistance value) of the gas-sensitive layer 53 that is an oxide semiconductor changes by contact with various gas components. A metal oxide semiconductor heated to about 200 to 500 ° C. has a characteristic that its conductivity changes depending on the gas concentration. A metal oxide semiconductor adsorbs oxygen in air to increase resistance, but in a combustible gas, adsorbs combustible gas to reduce resistance.

詳しくは以下のような理由による。
SnO層などのn型金属酸化物半導体であるガス感応層53は、空気中にある場合、ガス感応層53の表面に酸素などを活性化吸着する。酸素は電子受容性が強くて負電荷吸着するため、ガス感応層53の表面に空間電荷層が形成される。したがって、ガス感応層53は導電率が低下して高抵抗化する。
そして、SnO層などのn型金属酸化物半導体であるガス感応層53は、可燃性ガスなどの電子供与性の還元性気体中にあるガス感応層53が200〜500℃程度に加熱されることにより可燃性ガスの燃焼反応が起こる場合、ガス感応層53の表面の吸着酸素が消費され、吸着酸素が捕獲していた電子がガス感応層53内にもどされることによりガス感応層53内の電子密度が増加する。したがって、ガス感応層53は導電率が増大して低抵抗化する。
The details are as follows.
When in the air, the gas sensitive layer 53 that is an n-type metal oxide semiconductor such as a SnO 2 layer activates and adsorbs oxygen or the like on the surface of the gas sensitive layer 53. Since oxygen has a strong electron accepting property and adsorbs negative charges, a space charge layer is formed on the surface of the gas sensitive layer 53. Therefore, the gas sensitive layer 53 is reduced in electrical conductivity and increased in resistance.
The gas sensitive layer 53 which is an n-type metal oxide semiconductor such as a SnO 2 layer is heated to about 200 to 500 ° C. in the gas sensitive layer 53 in an electron donating reducing gas such as a combustible gas. Thus, when a combustion reaction of the flammable gas occurs, the adsorbed oxygen on the surface of the gas sensitive layer 53 is consumed, and the electrons captured by the adsorbed oxygen are returned to the gas sensitive layer 53, whereby the inside of the gas sensitive layer 53 The electron density increases. Therefore, the gas sensitive layer 53 is increased in electrical conductivity and reduced in resistance.

このガス感応層53は、多様なガスの検知が可能である反面、特定のガスを選択的に検知することは困難であった。
そこでガス検出層5は、SnO層であるガス感応層53の表面全体を、触媒担持Al焼結材で構成されたガス選択燃焼層54が覆う構造としている。
このガス選択燃焼層54は、検知ガスよりも酸化活性の強いガスを燃焼させるため、ガス検出層5におけるある特定のガスのみの感度を向上させる機能を有している。さらにそのガス検出層5の大きさや膜厚、Si基板1のダイヤフラム径との比なども工夫されている。これにより、ある特定のガス選択性がさらに高められ、消費電力の低減化が可能となっている。
The gas sensitive layer 53 can detect various gases, but it is difficult to selectively detect a specific gas.
Therefore, the gas detection layer 5 has a structure in which the entire surface of the gas sensitive layer 53 which is a SnO 2 layer is covered with a gas selective combustion layer 54 made of a catalyst-supported Al 2 O 3 sintered material.
The gas selective combustion layer 54 has a function of improving the sensitivity of only a specific gas in the gas detection layer 5 in order to burn a gas having a stronger oxidation activity than the detection gas. Further, the size and thickness of the gas detection layer 5 and the ratio with the diaphragm diameter of the Si substrate 1 are also devised. Thereby, a certain specific gas selectivity is further improved, and the reduction of power consumption is attained.

このような薄膜ガスセンサは、CH,C等の可燃性ガス検知に低消費電力化を実現するため、そのヒータ層3の駆動方式が工夫されたセンサとしている。この駆動方式は、Duty比(ヒータをONにしている時間の比)が1/300〜1/100程度の間欠動作として駆動時間を短くしている。そのため、高湿度中または高濃度アルコール環境下では、オン時間に比べ十分長いオフ時間中にガス感応層53およびガス選択燃焼層54に吸着した水分またはアルコールが、短時間の加熱では脱離しきれずガス検知を妨害する場合がある。 Such a thin film gas sensor is a sensor in which the driving method of the heater layer 3 is devised in order to realize low power consumption for detecting combustible gases such as CH 4 and C 3 H 8 . In this driving method, the driving time is shortened as an intermittent operation with a duty ratio (ratio of time during which the heater is turned on) of about 1/300 to 1/100. Therefore, in a high humidity or high-concentration alcohol environment, moisture or alcohol adsorbed on the gas sensitive layer 53 and the gas selective combustion layer 54 during the off time sufficiently longer than the on time cannot be desorbed by heating in a short time. May interfere with gas detection.

さて、薄膜を積層したダイヤフラム構造の場合、数μm程度の歪みが生じるので、ガス選択燃焼層54にもある程度以上の機械的強度が必要である。ガス選択燃焼層54の機械的強度を確保するためには、シリカゾルやアルミナゾルのようなバインダを添加するのが一般的である。   Now, in the case of a diaphragm structure in which thin films are laminated, distortion of about several μm occurs, so that the gas selective combustion layer 54 also needs a mechanical strength of a certain level or more. In order to ensure the mechanical strength of the gas selective combustion layer 54, it is common to add a binder such as silica sol or alumina sol.

バインダがシリカゾルの場合、下地となる電気絶縁層4との密着性が優れており長時間の駆動でも電気絶縁層4からガス選択燃焼層54が剥離しないが、シリカゾルに水分やアルコールが多量に吸着してガス選択燃焼機能が損なわれたり、シリカゾルがガス感応層53を被覆することで、初期特性、特にガス感知特性が損なわれるという問題があった。   When the binder is silica sol, the adhesiveness with the electrical insulating layer 4 as the base is excellent, and the gas selective combustion layer 54 does not peel from the electrical insulating layer 4 even when driven for a long time, but a large amount of moisture and alcohol are adsorbed on the silica sol As a result, the gas selective combustion function is impaired, and the silica sol coats the gas sensitive layer 53, whereby the initial characteristics, particularly the gas sensing characteristics are impaired.

バインダがアルミナゾルの場合、水分やアルコールの吸着によるガス選択燃焼54の機能低下や、ガス感応層53の被覆によるガス感知特性の低下は見られず優れた初期特性を得られるものの、ガス感応層53の周辺部の電気絶縁層4とガス選択燃焼層54との接着強度が低く、長時間の駆動により電気絶縁層4からガス選択燃焼層54が剥離するという問題点がある。さらに、アルミナゾルの場合には、ガス選択燃焼層54を形成するときに、形状の制御性が悪くばらつきが大きいことに起因して、特性のばらつきが大きくなるという問題があった。   When the binder is alumina sol, excellent initial characteristics can be obtained without any deterioration in the function of the gas selective combustion 54 due to adsorption of moisture and alcohol, and no deterioration in gas sensing characteristics due to the coating of the gas sensitive layer 53, but the gas sensitive layer 53. There is a problem that the adhesive strength between the electric insulating layer 4 and the gas selective combustion layer 54 in the periphery of the gas is low, and the gas selective combustion layer 54 is peeled off from the electric insulating layer 4 by driving for a long time. Further, in the case of the alumina sol, when the gas selective combustion layer 54 is formed, there is a problem that the variation in characteristics becomes large due to the poor controllability of the shape and the large variation.

ガス選択燃焼層54を形成する場合、このガス選択燃焼層54の構成材料をペースト状にしてからスクリーン印刷やディスペンサ塗布により形成するが、その際、高沸点の有機溶剤を溶媒とした方が溶媒の蒸発が少なく、ペーストの粘度が安定しガス選択燃焼層54の形状が良くばらつきが小さく抑えられる。一般に、バインダがシリカゾルの場合は、溶媒として有機溶剤を用いたものも水を用いたものも両方とも安定に存在するが、アルミナゾルの場合は水を用いたもののみが存在し、有機溶剤を用いたものは安定に存在し得ない。したがって、シリカゾルの場合は有機溶剤系を用いることで形状のばらつきは抑えられるが、アルミナゾルの場合は水系であるために形状のばらつきが大きくなるのである。   In the case of forming the gas selective combustion layer 54, the constituent material of the gas selective combustion layer 54 is formed into a paste and then formed by screen printing or dispenser application. In this case, it is better to use a high boiling point organic solvent as the solvent. Is less evaporated, the viscosity of the paste is stable, the shape of the gas selective combustion layer 54 is good, and the variation is kept small. In general, when the binder is silica sol, both the one using an organic solvent as the solvent and the one using water are stable, but when the binder is an alumina sol, only the one using water is present. What was there cannot exist stably. Therefore, in the case of silica sol, variation in shape can be suppressed by using an organic solvent system, but in the case of alumina sol, variation in shape becomes large because it is aqueous.

本願の発明者らは上記問題を解決する発明をしてこの発明を特許出願した。この特許出願は、特開2005−017242号(特許文献1)として出願公開されている。出願公開された発明は、下層に多孔質ガス感知膜(SnO)、SiO絶縁膜との接着強度が高い薄膜厚のシリカゾル選択層を形成後、上層にガス感知特性が良い膜厚の厚いアルミナゾル選択層を形成した2層構造選択層を採用したものである。
上記2層構造選択層により、選択層が下地から剥離することがなく、ガス感知特性が良い薄膜ガスセンサとしている。
The inventors of the present application have filed a patent application for the present invention as an invention that solves the above problems. This patent application has been published as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-017242 (Patent Document 1). In the invention disclosed in the application, after forming a thin layer of silica sol having a high adhesion strength with the porous gas sensing film (SnO 2 ) and the SiO 2 insulating film in the lower layer, the upper layer is thick with good gas sensing characteristics. A two-layer structure selection layer in which an alumina sol selection layer is formed is employed.
With the two-layer structure selection layer, the selection layer does not peel off from the underlying layer, and a thin film gas sensor with good gas sensing characteristics is obtained.

特開2005−017242号公報(段落番号[0012]〜[0016],図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-017242 (paragraph numbers [0012] to [0016], FIG. 1)

上記2層構造選択層では、高温高湿(60℃/80%RH)試験においてシリカゾル選択層ではRair(空気中抵抗)の低下などの問題があることが判明してきている。このような現象はアルミナゾル選択層では見られず、これはシリカゾル選択層のシリカゾルに対する水分の多量吸着などが原因と考えられる。 In the two-layer structure selective layer, it has been found that the silica sol selective layer has problems such as a reduction in R air (resistance in air ) in a high temperature and high humidity (60 ° C./80% RH) test. Such a phenomenon is not observed in the alumina sol selective layer, which is considered to be caused by a large amount of moisture adsorbed on the silica sol of the silica sol selective layer.

そこでシリカゾルをバインダとするガス選択燃焼層54におけるシリカゾルに対する水分の多量吸着の原因を微視解析などの手段を用いて調査した。この結果について図を参照しつつ説明する。図7,図8はシリカゾルに対する水分の多量吸着を説明する説明図である。図7に示すように、電気絶縁層4(スパッタSiO層)および感知電極層52上に形成したガス感応層53は、径が10nm〜100nmのSnOの柱状結晶531の集合体であり柱状結晶531間には5nm〜50nmの間隙532が存在する。さらに、SnOの柱状結晶531の表面や内部には数nmの無数の細孔533が存在する。細孔はその大きさ(細孔径)からマイクロポア(<2nm)、メソポア(2nm〜50nm)、マクロポア(>50nm)に分類される。 Therefore, the cause of the large amount of moisture adsorption to the silica sol in the gas selective combustion layer 54 using the silica sol as a binder was investigated using means such as microscopic analysis. This result will be described with reference to the drawings. 7 and 8 are explanatory views for explaining a large amount of moisture adsorption on the silica sol. As shown in FIG. 7, the gas sensitive layer 53 formed on the electrical insulating layer 4 (sputtered SiO 2 layer) and the sensing electrode layer 52 is an aggregate of columnar crystals 531 of SnO 2 having a diameter of 10 nm to 100 nm and is columnar. A gap 532 of 5 nm to 50 nm exists between the crystals 531. Furthermore, innumerable pores 533 of several nm exist on the surface and inside of the columnar crystal 531 of SnO 2 . The pores are classified into micropores (<2 nm), mesopores (2 nm to 50 nm), and macropores (> 50 nm) based on the size (pore diameter).

シリカゾルをバインダとするガス選択燃焼層54の場合、図8に示すように、熱処理(ガス選択燃焼層54の焼成)を行う時点で、多孔質SnOのガス感応層53の間隙532や細孔533内に数nmのサイズのSiO微粒子がガス選択燃焼層54から析出していることが判明した。ガス感応層53とガス選択燃焼層54との接着強度は面の接合強度で決まり、ガス感応層53の間隙532内や細孔533内へ浸入したSiO微粒子は接着強度にほとんど寄与していない。また、SiO微粒子が減少するため、ガス選択燃焼層54の機械的強度も若干ではあるが低下する。そして水分となじみの良いSiO微粒子/SnO最表面が形成されて空気中の水分と相互作用してOH基の生成、水分の凝縮を促進してガス感応層53のRair(空気中抵抗)の低下を促進しているものと推定される。 In the case of the gas selective combustion layer 54 using silica sol as a binder, as shown in FIG. 8, at the time of performing heat treatment (firing of the gas selective combustion layer 54), gaps 532 and pores of the gas sensitive layer 53 of porous SnO 2 It was found that SiO 2 fine particles having a size of several nanometers were deposited from the gas selective combustion layer 54 in 533. The bonding strength between the gas sensitive layer 53 and the gas selective combustion layer 54 is determined by the bonding strength of the surfaces, and the SiO 2 fine particles that have entered the gaps 532 and the pores 533 of the gas sensitive layer 53 hardly contribute to the bonding strength. . Further, since the SiO 2 fine particles are reduced, the mechanical strength of the gas selective combustion layer 54 is slightly reduced. Then, the outermost surface of SiO 2 fine particles / SnO 2 that is well-suited to moisture is formed and interacts with moisture in the air to promote generation of OH groups and condensation of moisture, thereby causing R air (resistance in the air ) of the gas sensitive layer 53. ).

アルミナゾルでは上記のようなことは起こらない。この差異は、シリカゾルのシリカコロイドのサイズは数nmと小さいため数十nmの大きさのSnO細孔中には容易に浸入し、SnO細孔表面で高分散するのに対して、アルミナゾル中のアルミナ水和物はコロイドサイズが100〜200nmと大きく、SnO細孔中(<50nm)へは浸入できない(焼成物で粒径も>数百nmの大きいものしかできない)ためと推定している。したがってアルミナゾルでは少なくとも多孔質ガス感知膜(SnO膜)の細孔中に拡散することがないためSnO細孔表面にOH基の生成、水分の凝縮を促進する部分が生成しない。 The above does not happen with alumina sol. This difference is due to the fact that the silica colloid size of silica sol is as small as several nanometers, so that it easily penetrates into SnO 2 pores of several tens of nanometers and is highly dispersed on the surface of SnO 2 pores. It is estimated that the alumina hydrate in the inside has a large colloidal size of 100 to 200 nm and cannot penetrate into the SnO 2 pores (<50 nm) (it can only be a fired product with a particle size of> several hundred nm). ing. Therefore, alumina sol does not diffuse at least into the pores of the porous gas sensing film (SnO 2 film), and therefore no portion that promotes the generation of OH groups and condensation of moisture is generated on the surface of SnO 2 pores.

これらシリカゾルやアルミナゾルの長所・短所を考慮し、バインダとしてシリカゾルを選択し、シリカゾル特有の問題点を解決することで密着性の向上・機械的強度の向上を共に実現することが望ましい。つまりバインダとしてシリカゾルを用いたガス選択燃焼層から、多孔質ガス感知膜(SnO膜)細孔中へのシリカゾル(シリカコロイド)の浸透がないようにして感応特性を改善した薄膜ガスセンサにしたいという要請があった。なお、特許文献1の2層構造選択層はスクリーン印刷工程が2回必要となりコスト面で若干不利である。コスト面でも良好な薄膜ガスセンサにしたいという要請があった。 In view of the advantages and disadvantages of these silica sols and alumina sols, it is desirable to select both silica sol as the binder and solve both the problems specific to silica sol to achieve both improved adhesion and improved mechanical strength. In other words, the gas selective combustion layer using silica sol as the binder would like to make a thin film gas sensor with improved sensitivity characteristics by preventing the penetration of silica sol (silica colloid) into the pores of the porous gas sensing membrane (SnO 2 membrane). There was a request. Note that the two-layer structure selection layer of Patent Document 1 requires a screen printing process twice, which is slightly disadvantageous in terms of cost. There has been a demand for a thin film gas sensor that is favorable in terms of cost.

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、バインダとしてシリカゾルを含有するガス選択燃焼層が覆う多孔質のガス感応層(SnO層)でも、細孔や間隙中のシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の浸透を低減して、ガス選択燃焼層の機械的強度の向上やガス感応層の検出性能の向上をともに実現する薄膜ガスセンサ、および、このような薄膜ガスセンサの製造方法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 of the present invention is to provide a porous gas-sensitive layer (SnO 2 layer) covered with a gas selective combustion layer containing silica sol as a binder. A thin film gas sensor that reduces the penetration of silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) in the gap to improve the mechanical strength of the gas selective combustion layer and the detection performance of the gas sensitive layer, and such The object is to provide a method of manufacturing a thin film gas sensor.

本発明の薄膜ガスセンサは、加熱により飛散する成分の充填物を、焼成前のガス感応膜に充填し、バインダとしてシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)を添加したガス選択燃焼膜によりガス感応膜を覆うように形成してガス感応膜の細孔や間隙へのシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の浸透を防止し、これらガス感応膜およびガス選択燃焼膜をともに焼成して充填物も蒸発させて細孔や間隙が形成されたガス感応層とする。 In the thin film gas sensor of the present invention, a gas sensitive film is formed by a gas selective combustion film in which a gas sensitive film before firing is filled with a filling of components scattered by heating, and silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) is added as a binder. It is formed to cover and prevent the penetration of silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) into the pores and gaps of the gas sensitive membrane, and both the gas sensitive membrane and the gas selective combustion membrane are baked to evaporate the filler. Thus, a gas-sensitive layer in which pores and gaps are formed.

請求項1に記載の発明によれば、
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ヤフラム様の熱絶縁支持層と、
この熱絶縁支持層上に設けられるヒータ層と、
熱絶縁支持層およびヒータ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電気絶縁層上に設けられるガス感応層と、
ガス感応層を覆うガス選択燃焼層と、
を備え、
このガス感応層は、複数のマイクロポア、複数のメソポアおよび複数のマクロポアが外界に連通する層であることを特徴とする薄膜ガスセンサとした。
According to the invention of claim 1,
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched over the opening of the through hole;
A heater layer provided on the thermally insulating support layer;
An electrically insulating layer provided to cover the heat insulating support layer and the heater layer;
A pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer;
A gas sensitive layer provided on the electrically insulating layer so as to pass a pair of sensing electrode layers;
A gas selective combustion layer covering the gas sensitive layer;
With
The gas sensitive layer is a thin film gas sensor characterized in that a plurality of micropores, a plurality of mesopores and a plurality of macropores communicate with the outside.

この構成によれば、薄膜ガスセンサは、そのガス感応層が、複数のマイクロポア、複数のメソポアおよび複数のマクロポアを有し、またシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)が浸透しないようにして外界と確実に連通する層としたため、接触面積を大幅に増やして空気中(低温時)では多くの酸素を吸着して確実に高抵抗化し、また、可燃性ガス中(高温時)では可燃性ガスを吸着して確実に低抵抗化する。このようにガス濃度によりその導電率を確実に変化させるようにする。 According to this configuration, the gas sensitive layer of the thin film gas sensor has a plurality of micropores, a plurality of mesopores, and a plurality of macropores, and prevents the silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) from penetrating from the outside. Because it is a layer that communicates reliably, it greatly increases the contact area and adsorbs a lot of oxygen in the air (at low temperatures) to ensure high resistance, and in the flammable gas (at high temperatures) Adsorbs to ensure low resistance. In this way, the conductivity is surely changed depending on the gas concentration.

請求項2に記載の発明によれば、
前記ガス感応層は、断面径が10nm〜100nmの柱状結晶の集合体であって柱状結晶間に5nm〜50nmの複数の間隙を有し、また、柱状結晶の表面および内部に複数の細孔を有し、これら複数の間隙および複数の細孔にマイクロポア、メソポア、および、マクロポアが含まれる層であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜ガスセンサとした。
According to invention of Claim 2,
The gas sensitive layer is an aggregate of columnar crystals having a cross-sectional diameter of 10 nm to 100 nm, having a plurality of gaps of 5 nm to 50 nm between the columnar crystals, and having a plurality of pores on the surface and inside of the columnar crystals. The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the thin film gas sensor is a layer including micropores, mesopores, and macropores in the plurality of gaps and the plurality of pores.

柱状結晶の集合体であって柱状結晶間で複数の間隙を有し、また、柱状結晶の表面および内部に複数の細孔を有し、これら複数の間隙および複数の細孔にマイクロポア、メソポア、および、マクロポアを有する前記ガス感応層は、酸素の吸着や検出対象ガスとの接触が確実に行われて、検出性能を高めている。   An aggregate of columnar crystals having a plurality of gaps between the columnar crystals, and having a plurality of pores on and inside the columnar crystals, and micropores and mesopores in the plurality of gaps and the plurality of pores. In addition, the gas sensitive layer having the macropores enhances detection performance by reliably performing oxygen adsorption and contact with the detection target gas.

請求項3に記載の発明によれば、
前記ガス感応層は、SnO(二酸化スズ)により形成される層であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜ガスセンサとした。
According to invention of Claim 3,
The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensitive layer is a layer formed of SnO 2 (tin dioxide).

ガス感応層としてSnOが選択されることが特に好ましい点を知見した。 It has been found that SnO 2 is particularly preferred as the gas sensitive layer.

請求項4に記載の発明によれば、
前記ガス選択燃焼層は、Pd(パラジウム)またはPt(白金)を触媒として担持したAl(アルミナ)焼結材による層であることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサとした。
According to invention of Claim 4,
The gas selective combustion layer is a layer made of an Al 2 O 3 (alumina) sintered material supporting Pd (palladium) or Pt (platinum) as a catalyst. The thin film gas sensor described in one item was used.

Pd(パラジウム)またはPt(白金)を触媒として担持したAl焼結材であってガス感応層を覆うガス選択燃焼層は、ガス感応層における検出対象ガスの選択性を向上させる。 The gas selective combustion layer, which is an Al 2 O 3 sintered material carrying Pd (palladium) or Pt (platinum) as a catalyst and covers the gas sensitive layer, improves the selectivity of the detection target gas in the gas sensitive layer.

請求項5に記載の発明によれば、
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の製造方法であって、
前記ガス感応層および前記ガス選択燃焼層を基板上に形成する工程は、
電気絶縁層上にガス感応膜を形成するガス感応膜形成工程と、
ガス感応膜の複数の間隙および複数の細孔に高沸点液体を充填する充填工程と、
ガス感応膜を覆うようにガス選択燃焼膜を形成するガス選択燃焼膜形成工程と、
ガス感応膜およびガス選択燃焼膜を、高沸点液体の沸点以上で昇温して間隙および細孔の高沸点液体を蒸発させてガス感応膜に間隙および細孔を形成するとともにガス感応膜およびガス選択燃焼膜を焼成してガス感応層およびガス選択燃焼層を形成する焼成工程と、
を有することを特徴とする薄膜ガスセンサの製造方法とした。
According to the invention of claim 5,
It is a manufacturing method of the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
Forming the gas sensitive layer and the gas selective combustion layer on a substrate;
A gas sensitive film forming step of forming a gas sensitive film on the electrical insulating layer;
A filling step of filling a plurality of gaps and a plurality of pores of the gas sensitive membrane with a high boiling point liquid;
A gas selective combustion film forming step of forming a gas selective combustion film so as to cover the gas sensitive film;
The gas sensitive membrane and the gas selective combustion membrane are heated above the boiling point of the high boiling point liquid to evaporate the high boiling point liquid in the gaps and pores to form gaps and pores in the gas sensitive membrane, and the gas sensitive membrane and gas A firing step of firing the selective combustion film to form a gas sensitive layer and a gas selective combustion layer;
It was set as the manufacturing method of the thin film gas sensor characterized by having.

ガス感応膜の複数の間隙および複数の細孔に高沸点液体を充填してからガス選択燃焼膜を形成し、ガス選択燃焼膜の焼成時に高沸点液体を除去するようにした。
このような製造方法ではガス感応層にシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)が析出しないため、多くのシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)は接着に用いられてガス感応層とガス選択燃焼層との接着強度、および電気絶縁層とガス選択燃焼層との接着強度を増加させる。また、ガス感応層にシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)がない間隙や細孔が形成される、つまり水分となじみの良いSiO微粒子/SnO最表面が形成されないため、空気中の水分と相互作用してOH基の生成、水分の凝縮を促進してガス感応層のRair(空気中抵抗)の低下という事態の発生も起こりにくくしている。
A gas selective combustion film was formed after filling a plurality of gaps and a plurality of pores of the gas sensitive film with a high boiling point liquid, and the high boiling point liquid was removed when the gas selective combustion film was fired.
In such a manufacturing method, since silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) does not precipitate in the gas sensitive layer, many silica sols (silica colloid, SiO 2 fine particles) are used for adhesion, and the gas sensitive layer, the gas selective combustion layer, And the adhesive strength between the electrical insulating layer and the gas selective combustion layer are increased. Further, gaps and pores without silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) are formed in the gas sensitive layer, that is, the outermost surface of SiO 2 fine particles / SnO 2 that is well-suited to moisture is not formed. The generation of OH groups and the condensation of moisture are promoted by interaction, so that the occurrence of a situation of R air (resistance in the air) of the gas sensitive layer is less likely to occur.

請求項6に記載の発明によれば、
前記充填工程は、ガス感応膜まで形成された基板を高沸点液体の飽和蒸気圧以上の雰囲気で一定時間晒した後、この基板を高沸点液体中へ浸漬する工程であることを特徴とする請求項5に記載の薄膜ガスセンサの製造方法とした。
According to the invention of claim 6,
The filling step is a step of immersing the substrate in the high boiling point liquid after exposing the substrate formed up to the gas sensitive film in an atmosphere having a saturated vapor pressure or higher of the high boiling point liquid for a predetermined time. The manufacturing method of the thin film gas sensor according to Item 5.

前記充填工程は、二段階で行うというものであり、高沸点液体の飽和蒸気圧以上の雰囲気で一定時間晒して特に細孔にまで高沸点液体が到達し、さらにその後に高沸点液体中へ浸漬して細孔や間隙に高沸点液体を確実に浸透させるようにした。
特に多孔質のガス感応膜のマイクロポア、メソポアのような小さな径の細孔の充填は気体状態の充填材料を用い細孔への毛管凝縮を利用して行うのがよい。充填材料の飽和蒸気圧で満たされた空間に多孔質のガス感応膜を晒すことで達成される。マクロポアに関しては液体含浸法で行う。
The filling process is performed in two stages, and is exposed to an atmosphere at a saturated vapor pressure or higher for a high boiling point liquid for a certain period of time, so that the high boiling point liquid reaches the pores in particular, and is then immersed in the high boiling point liquid. Thus, the high boiling point liquid is surely permeated into the pores and gaps.
In particular, filling of pores having a small diameter such as micropores and mesopores of a porous gas-sensitive membrane is preferably performed using a gas-state filling material and utilizing capillary condensation into the pores. This is achieved by exposing the porous gas-sensitive membrane to a space filled with the saturated vapor pressure of the filling material. For macropores, liquid impregnation is used.

請求項7に記載の発明によれば、
前記ガス選択燃焼膜形成工程は、触媒粉末とシリカゾルバインダを主成分として有機溶剤を混合させてなる印刷ペーストを用いてガス感応膜上にスクリーン印刷などで所定形状のガス選択燃焼膜を形成する工程であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の薄膜ガスセンサの製造方法とした。
According to the invention of claim 7,
The gas selective combustion film forming step is a step of forming a gas selective combustion film having a predetermined shape by screen printing or the like on a gas sensitive film using a printing paste formed by mixing an organic solvent mainly composed of catalyst powder and silica sol binder. The method of manufacturing a thin film gas sensor according to claim 5 or 6, wherein the method is a thin film gas sensor.

ガス選択燃焼膜形成工程は、詳しくは印刷ペーストを用いてガス選択燃焼層を形成(スクリーン印刷)する工程であることを明瞭にした。   Specifically, the gas selective combustion film forming step is clarified as a step of forming (screen printing) a gas selective combustion layer using a printing paste.

請求項8に記載の発明によれば、
前記充填工程は、高沸点液体がHO(水)であることを特徴とする請求項5〜請求項7の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサの製造方法とした。
According to the invention described in claim 8,
The filling process is a high boiling liquid is a method of manufacturing a thin film gas sensor according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the H 2 O (water).

高沸点液体を安価で使い勝手が良いHOとした。 The high boiling point liquid was H 2 O which was inexpensive and easy to use.

請求項9に記載の発明によれば、
前記充填工程は、高沸点液体を印刷ペーストが含有する有機溶剤と同じ成分とした工程であることを特徴とする請求項7に記載の薄膜ガスセンサの製造方法とした。
According to the invention of claim 9,
8. The method of manufacturing a thin film gas sensor according to claim 7, wherein the filling step is a step of using a high boiling point liquid as the same component as the organic solvent contained in the printing paste.

高沸点液体を印刷ペーストが含有する有機溶剤と同じ成分とし、ガス選択燃焼層の焼成温度と同じ温度で気化するようにして温度管理を容易にした。   The high boiling point liquid was made the same component as the organic solvent contained in the printing paste, and the temperature control was facilitated by vaporizing at the same temperature as the firing temperature of the gas selective combustion layer.

請求項10に記載の発明によれば、
前記充填工程は、高沸点液体がジエチレングリコールモノエチルエーテルであることを特徴とする請求項9に記載の薄膜ガスセンサの製造方法とした。
According to the invention of claim 10,
The method for producing a thin film gas sensor according to claim 9, wherein the filling step is characterized in that the high boiling point liquid is diethylene glycol monoethyl ether.

高沸点液体として印刷ペーストが含有する有機溶剤のうちジエチレングリコールモノエチルエーテルが良好である点を知見した。   Of the organic solvents contained in the printing paste as a high boiling liquid, diethylene glycol monoethyl ether was found to be good.

請求項1に係る発明によれば、そのガス感応層が、複数のマイクロポア、複数のメソポアおよび複数のマクロポアが外界に連通する層としたため、接触面積を大幅に増やしてガス濃度によりその導電率を確実に変化させるようにする薄膜ガスセンサとすることができる。   According to the first aspect of the present invention, the gas sensitive layer is a layer in which a plurality of micropores, a plurality of mesopores and a plurality of macropores communicate with the outside world. It is possible to provide a thin-film gas sensor that reliably changes the value.

また、請求項2に係る発明によれば、柱状結晶の集合体であって柱状結晶間で複数の間隙を有し、また、柱状結晶の表面および内部に複数の細孔を有し、これら複数の間隙および複数の細孔にマイクロポア、メソポア、および、マクロポアを有する前記ガス感応層としたため、酸素の吸着や検出対象ガスとの接触が確実に行われるように接触面積を大幅に増やしてガス濃度によりその導電率を確実に変化させるようにする薄膜ガスセンサとすることができる。   Further, according to the invention of claim 2, it is an aggregate of columnar crystals having a plurality of gaps between the columnar crystals, and having a plurality of pores on the surface and inside of the columnar crystals. The gas-sensitive layer has micropores, mesopores, and macropores in the gaps and a plurality of pores, so the gas is greatly increased in contact area so that oxygen adsorption and contact with the gas to be detected can be reliably performed. It can be a thin film gas sensor that reliably changes its conductivity depending on the concentration.

また、請求項3に係る発明によれば、ガス感応層としてSnOが選択されるときに、酸素の吸着や検出対象ガスとの接触が確実に行われるように接触面積を大幅に増やしてガス濃度によりその導電率を確実に変化させるようにする薄膜ガスセンサとすることができる。 Further, according to the invention of claim 3, when SnO 2 is selected as the gas sensitive layer, the gas contact area is greatly increased so that the adsorption of oxygen and the contact with the detection target gas are surely performed. It can be a thin film gas sensor that reliably changes its conductivity depending on the concentration.

また、請求項4に係る発明によれば、Pd(パラジウム)またはPt(白金)を触媒として担持したAl焼結材のガス選択燃焼層がさらに設けられるときに、酸素の吸着や検出対象ガスとの接触が確実に行われるように接触面積を大幅に増やしてガス濃度によりその導電率を確実に変化させるようにする薄膜ガスセンサとすることができる。 Further, according to the invention of claim 4, when a gas selective combustion layer of Al 2 O 3 sintered material supporting Pd (palladium) or Pt (platinum) as a catalyst is further provided, oxygen adsorption and detection It is possible to provide a thin film gas sensor in which the contact area is greatly increased so that the contact with the target gas is reliably performed and the conductivity is reliably changed according to the gas concentration.

また、請求項5に係る発明によれば、ガス感応層内の高沸点液体が充填される間隙や細孔へはシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)が析出しないため、多くのシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)は接着に用いられてガス感応層とガス選択燃焼層との接着強度、および電気絶縁層とガス選択燃焼層との接着強度を増加させ、また、水分となじみの良いSiO微粒子/SnO最表面が形成されないため、空気中の水分と相互作用してOH基の生成、水分の凝縮を促進してガス感応層のRair(空気中抵抗)の低下という事態の発生も起こりにくくするような薄膜ガスセンサの製造方法とすることができる。 Further, according to the invention of claim 5, since silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) does not precipitate in the gaps and pores filled with the high boiling point liquid in the gas sensitive layer, many silica sols (silica colloids) , SiO 2 fine particles) are used for adhesion to increase the adhesion strength between the gas sensitive layer and the gas selective combustion layer and the adhesion strength between the electrical insulating layer and the gas selective combustion layer, and SiO 2 which is well-suited with moisture. Since the finest particle / SnO 2 outermost surface is not formed, the generation of OH groups by interacting with moisture in the air, the condensation of moisture is promoted, and the occurrence of R air (resistance in the air) of the gas sensitive layer may also occur. It can be set as the manufacturing method of the thin film gas sensor which makes it difficult to occur.

また、請求項6に係る発明によれば、特に多孔質のガス感応層のマイクロポア、メソポアのような小さな径の細孔の充填は気体状態の高沸点液体を用い細孔への毛管凝縮を利用して行い、マクロポアに関しては液体含浸法で行うようにして、細孔および間隙に高沸点液体が確実に充填されてシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の析出を防止するような薄膜ガスセンサの製造方法とすることができる。 Further, according to the invention of claim 6, the filling of small pores such as micropores and mesopores in the porous gas-sensitive layer is performed by using a high-boiling liquid in a gaseous state to capillarize the pores. A thin-film gas sensor that prevents the precipitation of silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) by reliably filling the pores and gaps with a high-boiling liquid, as in the case of macropores. It can be set as a manufacturing method.

また、請求項7に係る発明によれば、詳しくは印刷ペーストを用いてガス選択燃焼層を形成(スクリーン印刷)するガス選択燃焼膜形成工程のときに、細孔および間隙に高沸点液体が確実に充填されてシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の析出を防止するような薄膜ガスセンサの製造方法とすることができる。 According to the seventh aspect of the invention, more specifically, in the gas selective combustion film forming step of forming a gas selective combustion layer (screen printing) using a printing paste, high-boiling liquid is surely provided in the pores and gaps. The thin film gas sensor manufacturing method can prevent the silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) from being deposited.

また、請求項8に係る発明によれば、高沸点液体を安価で使い勝手が良いHOとしたときに、細孔および間隙に高沸点液体が確実に充填されてシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の析出を防止するような薄膜ガスセンサの製造方法とすることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, when the high boiling point liquid is made of H 2 O which is inexpensive and convenient to use, the high boiling point liquid is surely filled in the pores and gaps, and silica sol (silica colloid, SiO 2 It can be a method for manufacturing a thin film gas sensor that prevents the precipitation of fine particles).

また、請求項9に係る発明によれば、高沸点液体を印刷ペーストが含有する有機溶剤と同じ成分とし、材料を共通化してコストを低下させ、また、ガス選択燃焼層の焼成温度と同じ温度で気化するようにして温度管理を容易にするような薄膜ガスセンサの製造方法とすることができる。   Further, according to the invention according to claim 9, the high boiling point liquid is made the same component as the organic solvent contained in the printing paste, the material is made common to reduce the cost, and the same temperature as the firing temperature of the gas selective combustion layer It is possible to provide a method for manufacturing a thin film gas sensor that facilitates temperature management by vaporizing.

また、請求項10に係る発明によれば、高沸点液体がジエチレングリコールモノエチルエーテルとして、材料を共通化してコストを低下させ、また、ガス選択燃焼層の焼成温度と同じ温度で気化するようにして温度管理を容易にするような薄膜ガスセンサの製造方法とすることができる。   Further, according to the invention of claim 10, the high boiling point liquid is diethylene glycol monoethyl ether, the material is made common to reduce the cost, and it is vaporized at the same temperature as the firing temperature of the gas selective combustion layer. It can be set as the manufacturing method of the thin film gas sensor which makes temperature management easy.

総じて以上のような本発明によれば、バインダとしてシリカゾルを含有するガス選択燃焼層が覆う多孔質のガス感応層(SnO層)でも、細孔や間隙中のシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の浸透を低減して、ガス選択燃焼層の機械的強度の向上やガス感応層の検出性能の向上をともに実現する薄膜ガスセンサ、および、このような薄膜ガスセンサの製造方法を提供することができる。 In general, according to the present invention as described above, even in a porous gas-sensitive layer (SnO 2 layer) covered by a gas selective combustion layer containing silica sol as a binder, silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) in pores and gaps are covered. ) And a thin film gas sensor that can improve both the mechanical strength of the gas selective combustion layer and the detection performance of the gas sensitive layer, and a method of manufacturing such a thin film gas sensor can be provided. .

以下、本発明を実施するための最良の形態の薄膜ガスセンサ、および、この薄膜ガスセンサの製造方法について図を参照しつつ説明する。なお、本形態の薄膜ガスセンサは、主にガス感応層の構造およびその製造方法を改良する点に特徴があり、薄膜ガスセンサの全体の構造そのものは、図5で示した従来技術の薄膜ガスセンサ10と同じである。   Hereinafter, the thin film gas sensor of the best mode for carrying out the present invention and a method of manufacturing the thin film gas sensor will be described with reference to the drawings. The thin film gas sensor of this embodiment is mainly characterized in that the structure of the gas sensitive layer and the manufacturing method thereof are improved. The entire structure of the thin film gas sensor itself is the same as that of the conventional thin film gas sensor 10 shown in FIG. The same.

すなわち薄膜ガスセンサ10は、図6で示すように、Si基板1、熱絶縁支持層2、ヒータ層3、電気絶縁層4、ガス検出層5を備える。熱絶縁支持層2は、詳しくは、熱酸化SiO層21、CVD−Si層22、CVD−SiO層23の三層構造となっている。また、ガス検出層5は、詳しくは、接合層51、感知電極層52、ガス感応層53、ガス選択燃焼層54を備える。このガス感応層53はSbをドープしたSnO層であり、ガス選択燃焼層54は触媒担持Al焼結材である。そして、ヒータ層3およびガス検出層5(詳しくは感知電極層52を介してガス感応層53)は、駆動・処理部(図示せず)に接続されている。 That is, as shown in FIG. 6, the thin film gas sensor 10 includes a Si substrate 1, a heat insulating support layer 2, a heater layer 3, an electric insulating layer 4, and a gas detection layer 5. Specifically, the heat insulating support layer 2 has a three-layer structure of a thermally oxidized SiO 2 layer 21, a CVD-Si 3 N 4 layer 22, and a CVD-SiO 2 layer 23. The gas detection layer 5 includes a bonding layer 51, a sensing electrode layer 52, a gas sensitive layer 53, and a gas selective combustion layer 54 in detail. The gas sensitive layer 53 is an SnO 2 layer doped with Sb, and the gas selective combustion layer 54 is a catalyst-supported Al 2 O 3 sintered material. The heater layer 3 and the gas detection layer 5 (specifically, the gas sensitive layer 53 via the sensing electrode layer 52) are connected to a driving / processing unit (not shown).

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ヤフラム様に形成されており、Si基板1の上に設けられる。
Next, the configuration of each part will be described.
The Si substrate 1 is formed of silicon (Si) and has a through hole.
The thermal 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.

熱絶縁支持層2は、詳しくは、熱酸化SiO層21、CVD−Si層22、CVD−SiO層23の三層構造となっている。
熱酸化SiO層21は、熱絶縁層として形成され、ヒータ層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21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22は、熱酸化SiO層21の上側に形成される。
CVD−SiO層23は、ヒータ層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。
Specifically, the heat insulating support layer 2 has a three-layer structure of a thermally oxidized SiO 2 layer 21, a CVD-Si 3 N 4 layer 22, and a CVD-SiO 2 layer 23.
The thermally oxidized SiO 2 layer 21 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 21 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 22 is formed above the thermally oxidized SiO 2 layer 21.
The CVD-SiO 2 layer 23 improves adhesion with the heater layer 3 and ensures electrical insulation. The SiO 2 layer formed by CVD (chemical vapor deposition) has a small internal stress.

ヒータ層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。この電源ラインは、駆動・処理部(図示せず)に接続される。
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およびヒータ層3を覆うように設けられる。ヒータ層3と感知電極層52との間に電気的な絶縁を確保し、また、電気絶縁層4はガス感応層53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. This power supply line is connected to a driving / processing unit (not shown).
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 52, and the electrical insulating layer 4 improves adhesion with the gas sensitive layer 53.

接合層51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51は、感知電極層52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52は、例えば、Pt膜(白金膜)またはAu膜(金膜)からなり、ガス感応層53の感知電極となるように左右一対に設けられる。なお、上記の接合層51を省略するようにしても良く、一対の感知電極層52は、接合層51を介して、または、接合層51を省略して直接に電気絶縁層4上に設けられる。
ガス感応層53は、SbをドープしたSnO層からなり、一対の感知電極層52,52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 51 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 51 has a function of increasing the bonding strength by being interposed between the sensing electrode layer 52 and the electrical insulating layer 4.
The sensing electrode layers 52 are made of, for example, a Pt film (platinum film) or an Au film (gold film), and are provided in a pair on the left and right sides so as to serve as the sensing electrodes of the gas sensitive layer 53. The bonding layer 51 may be omitted, and the pair of sensing electrode layers 52 are provided on the electrical insulating layer 4 directly through the bonding layer 51 or without the bonding layer 51. .
The gas sensitive layer 53 is made of an SnO 2 layer doped with Sb, and is formed on the electrical insulating layer 4 so as to pass the pair of sensing electrode layers 52 and 52.

ガス選択燃焼層54は、白金(Pt)またはパラジウム(Pd)である触媒を担持した焼結体であり、先に説明したように触媒担持Al焼結材である。ガス選択燃焼層54は、ガス感応層53の表面に設けられる。Alは多孔質体であるため、孔を通過する検知ガスが触媒に接触する機会を増加させて燃焼反応を促進させる。ガス選択燃焼層54は、電気絶縁層4、接合層51、一対の感知電極層52,52およびガス感応層53の表面を覆うように設けられる。 The gas selective combustion layer 54 is a sintered body supporting a catalyst of platinum (Pt) or palladium (Pd), and is a catalyst-supported Al 2 O 3 sintered material as described above. The gas selective combustion layer 54 is provided on the surface of the gas sensitive layer 53. Since Al 2 O 3 is a porous body, it increases the chance that the detection gas passing through the holes comes into contact with the catalyst and promotes the combustion reaction. The gas selective combustion layer 54 is provided so as to cover the surfaces of the electrical insulating layer 4, the bonding layer 51, the pair of sensing electrode layers 52 and 52, and the gas sensitive layer 53.

このような薄膜ガスセンサはダイヤフラム構造により高断熱,低熱容量の構造としている。
図示しないが、駆動・処理部は、駆動部と処理部とを一体に構成したものであり、ヒータ層3を電気により駆動するように接続され、また、感知電極層52を介してガス感応層53のセンサ抵抗値の変化を検出するように接続される。駆動・処理部によりガス検出駆動が行われる。
薄膜ガスセンサ10の構成はこのようなものである。
Such a thin film gas sensor has a highly heat insulating and low heat capacity structure by a diaphragm structure.
Although not shown, the driving / processing unit is configured by integrally forming the driving unit and the processing unit, and is connected so as to drive the heater layer 3 by electricity. Further, the gas-sensitive layer is connected via the sensing electrode layer 52. 53 are connected to detect a change in the sensor resistance value. Gas detection driving is performed by the driving / processing section.
The configuration of the thin film gas sensor 10 is as described above.

続いて本発明の薄膜ガスセンサの特徴的部分であるガス感応層53およびガス選択燃焼層54の詳細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ガス感応層およびガス選択燃焼層の詳細図である。
ガス感応層53は、多数の柱状結晶531の集合体である。この柱状結晶531の径は10nm〜100nm程度である。これら多数の柱状結晶の間には5nm〜50nmの間隙532が複数形成される。さらに円部に図示されるように、この柱状結晶531の表面および内部に複数の細孔533が形成される。これら複数の間隙532および複数の細孔533にマイクロポア、メソポア、および、マクロポアが含まれる層となる。
Next, details of the gas sensitive layer 53 and the gas selective combustion layer 54 which are characteristic parts of the thin film gas sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a detailed view of a gas sensitive layer and a gas selective combustion layer of the thin film gas sensor of this embodiment.
The gas sensitive layer 53 is an aggregate of a large number of columnar crystals 531. The diameter of the columnar crystal 531 is about 10 nm to 100 nm. A plurality of gaps 532 of 5 nm to 50 nm are formed between these many columnar crystals. Further, as shown in the circle, a plurality of pores 533 are formed on the surface and inside of the columnar crystal 531. The plurality of gaps 532 and the plurality of pores 533 are layers containing micropores, mesopores, and macropores.

このようなガス感応層53ではシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)がない間隙や細孔が形成される、つまり水分となじみの良いSiO微粒子/SnO最表面が形成されないため、空気中の水分と相互作用してOH基の生成、水分の凝縮を促進してガス感応層53のRair(空気中抵抗)の低下という事態の発生も起こりにくくしている。また、ガス感応層53の表面積が広くなるため、酸素の吸着や検出対象ガスとの接触が確実に行われて、検出性能を高めている。 In such a gas sensitive layer 53, gaps and pores without silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) are formed, that is, the outermost surface of SiO 2 fine particles / SnO 2 that is well-adapted to moisture is not formed. The generation of OH groups and the condensation of moisture are promoted by interacting with moisture, and the occurrence of a situation where R air (in-air resistance) of the gas sensitive layer 53 is reduced is less likely to occur. Further, since the surface area of the gas sensitive layer 53 is increased, the adsorption of oxygen and the contact with the detection target gas are reliably performed, and the detection performance is enhanced.

続いて、本形態の薄膜ガスセンサの製造方法について図を参照しつつ概略説明する。図2はガス感応膜形成工程の説明図、図3は第一充填工程の説明図、図4は第二充填工程の説明図、図5はガス選択燃焼膜形成工程の説明図である。
基板に熱絶縁支持層が形成される(熱絶縁層形成工程)。
まず、板状のシリコンウェハー(図示せず)である基板の片面(または表裏両面)に熱酸化法により熱酸化が施されて熱酸化SiO膜が形成され、最終的に熱酸化SiO層21となる。
続いてプラズマCVD法にて熱酸化SiO層21の上面にCVD−Si膜が堆積して形成され、最終的にCVD−Si層22となる。
続いてプラズマCVD法にてCVD−Si層22の上面にCVD−SiO膜が堆積して形成され、最終的にCVD−SiO層23となる。
Next, a method for manufacturing the thin film gas sensor of this embodiment will be schematically described with reference to the drawings. 2 is an explanatory diagram of the gas sensitive film forming process, FIG. 3 is an explanatory diagram of the first filling process, FIG. 4 is an explanatory diagram of the second filling process, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the gas selective combustion film forming process.
A thermal insulating support layer is formed on the substrate (thermal insulating layer forming step).
First, thermal oxidation is performed on one surface (or both front and back surfaces) of a substrate, which is a plate-like silicon wafer (not shown), to form a thermally oxidized SiO 2 film, and finally a thermally oxidized SiO 2 layer. 21.
Subsequently, a CVD-Si 3 N 4 film is deposited and formed on the upper surface of the thermally oxidized SiO 2 layer 21 by a plasma CVD method, and finally becomes a CVD-Si 3 N 4 layer 22.
Subsequently, a CVD-SiO 2 film is deposited and formed on the upper surface of the CVD-Si 3 N 4 layer 22 by a plasma CVD method, and finally becomes a CVD-SiO 2 layer 23.

続いて、熱絶縁支持層上にヒータ層が形成される(ヒータ層形成工程)。
スパッタリング法によりCVD−SiO層23の上面にNi−Cr膜が所定パターンで蒸着して形成され、最終的にヒータ層3となる。
Subsequently, a heater layer is formed on the heat insulating support layer (heater layer forming step).
A Ni—Cr film is vapor-deposited in a predetermined pattern on the upper surface of the CVD-SiO 2 layer 23 by sputtering, and finally becomes the heater layer 3.

続いて、熱絶縁支持層およびヒータ層上に電気絶縁層が形成される(電気絶縁層形成工程)。
スパッタリング法によりCVD−SiO層23とヒータ層3との上面にSiO膜が蒸着して形成され、最終的に電気絶縁層4となる。
Subsequently, an electrical insulating layer is formed on the heat insulating support layer and the heater layer (electrical insulating layer forming step).
A SiO 2 film is deposited on the upper surfaces of the CVD-SiO 2 layer 23 and the heater layer 3 by a sputtering method, and finally becomes the electrical insulating layer 4.

続いて、電気絶縁層上に感知電極層が形成される(感知電極層形成工程)。
スパッタリング法により電気絶縁層4の上面にTa膜あるいはTi膜が蒸着して形成され、最終的に接合層51となる。接合層51を形成しない場合はこの接合層形成を省略する。
同様にスパッタリング法により接合層51の上面にPt膜あるいはAu膜が蒸着して形成され、最終的に感知電極層52となる。
これら接合層51および感知電極層52の成膜は、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)51、感知電極層(PtあるいはAu)52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51/感知電極層52=500Å/2000Åである。
Subsequently, a sensing electrode layer is formed on the electrically insulating layer (sensing electrode layer forming step).
A Ta film or a Ti film is deposited on the upper surface of the electrical insulating layer 4 by a sputtering method, and finally becomes the bonding layer 51. When the bonding layer 51 is not formed, this bonding layer formation is omitted.
Similarly, a Pt film or an Au film is deposited on the upper surface of the bonding layer 51 by sputtering, and finally becomes the sensing electrode layer 52.
The bonding layer 51 and the sensing electrode layer 52 are formed by an ordinary sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. The film forming conditions are the same for the bonding layer (Ta or Ti) 51 and the sensing electrode layer (Pt or Au) 52, Ar gas (argon gas) pressure 1 Pa, substrate temperature 300 ° C., RF power 2 W / cm 2 , film thickness Bonding layer 51 / sensing electrode layer 52 = 500/2000 mm.

続いて、電気絶縁層上にガス感応膜を形成する(ガス感応膜形成工程)。
スパッタリング法により一対の感知電極層52,52の間を渡されるように電気絶縁層4の上面に多孔質のSb−doped SnO膜が蒸着して形成される。なお、ガス感応膜は、ガス感応膜を覆うガス選択燃焼膜を形成したのち両者を焼成して初めてガス感応層53になるというものであり、焼成がなされるまで便宜上ガス感応膜という。
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%とPt6.0wt%を含有する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、膜厚5000Åである。なお、ガス感応膜(焼成後ではガス感応層53)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。このガス感応膜には、図2で示すように複数の柱状結晶が立設し、複数の間隙532および複数の細孔533が形成される。
Subsequently, a gas sensitive film is formed on the electrical insulating layer (gas sensitive film forming step).
A porous Sb-doped SnO 2 film is deposited on the upper surface of the electrical insulating layer 4 so as to be passed between the pair of sensing electrode layers 52 and 52 by sputtering. The gas-sensitive film is a gas-sensitive layer 53 that is formed only after the gas selective combustion film covering the gas-sensitive film is formed and then both are fired, and is referred to as a gas-sensitive film for convenience until firing.
Film formation is performed by a reactive sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. For the target, SnO 2 containing 0.5 wt% Sb and 6.0 wt% Pt is used. The film forming conditions are Ar + O 2 gas pressure 2 Pa, substrate temperature 150 to 300 ° C., RF power 2 W / cm 2 , and film thickness 5000 mm. The size of the gas sensitive film (the gas sensitive layer 53 after firing) is preferably about 50 to 200 μm square and the thickness is preferably about 0.2 to 1.6 μm. In this gas sensitive film, a plurality of columnar crystals are erected as shown in FIG. 2, and a plurality of gaps 532 and a plurality of pores 533 are formed.

ガス感応膜の複数の間隙および複数の細孔に高沸点液体を充填する(充填工程)。
この充填工程は、二工程に分けられる。詳しくは、ガス感応膜まで形成された基板を高沸点液体の飽和蒸気圧以上の雰囲気で一定時間晒す工程(第一充填工程)と、この後にこの基板を高沸点液体中へ浸漬する工程(第二充填工程)である。本形態の高沸点液体は、具体的には水を採用する。
The high-boiling liquid is filled into the plurality of gaps and the plurality of pores of the gas sensitive membrane (filling step).
This filling step is divided into two steps. Specifically, a step in which the substrate formed up to the gas sensitive film is exposed for a certain period of time in an atmosphere higher than the saturated vapor pressure of the high boiling point liquid (first filling step), and then a step in which the substrate is immersed in the high boiling point liquid (first step). Two filling step). Specifically, water is adopted as the high boiling point liquid of this embodiment.

まず第一充填工程を行うが、さらに詳しくは多孔質のガス感知膜(SnO膜)まで形成された基板(ウェハ)を、水を満たしたビーカーとともに密閉容器内に24時間放置する。密閉容器温度は1℃以上99℃以下であればどのような温度でもかまわないが密閉容器内の相対湿度はHOの飽和蒸気圧となる。このような雰囲気下では、ガス感知膜(SnO膜)の細孔や間隙のうちのマイクロポアと比較的径の小さなメソポアでは毛管凝縮作用のため、図3で示すように、これらマイクロポアと比較的径の小さなメソポアの内部に高沸点液体60である水(HO)が充填される。 First, the first filling step is performed. More specifically, the substrate (wafer) formed up to the porous gas sensing film (SnO 2 film) is left in a sealed container together with a beaker filled with water for 24 hours. The temperature of the sealed container may be any temperature as long as it is 1 ° C. or higher and 99 ° C. or lower, but the relative humidity in the sealed container is a saturated vapor pressure of H 2 O. Under such an atmosphere, the micropores in the pores and gaps of the gas sensing film (SnO 2 film) and the mesopores having a relatively small diameter have a capillary condensation action, and as shown in FIG. The inside of the mesopore having a relatively small diameter is filled with water (H 2 O) which is the high boiling point liquid 60.

続いて第二充填工程を行うが、さらに詳しくは、第一充填工程を施した基板(ウェハ)を室温で高沸点液体である水(HO)に60分浸漬(HO含浸)する。すると図4で示すように、比較的径の大きなメソポアやマクロポアの内部にも高沸点液体である水(HO)が到達して、高沸点液体60である水(HO)が充填される。そして、水から取り出した基板(ウェハ)表面をNガスでブローして表面に付着している水分を吹き飛ばす。この後のガス感応膜の状態は図4で示すように、殆どのマイクロポア、メソポアおよびマクロポアの内部に高沸点液体60が充填される。なお、図4中では網目模様と黒地模様で高沸点液体60を図示しているが、これは第一,第二充填工程で充填された高沸点液体60を分けて図示するものであって両者は結局同じ高沸点液体60であり、一体となっている。 Subsequently, the second filling step is performed. More specifically, the substrate (wafer) subjected to the first filling step is immersed in water (H 2 O), which is a high boiling point liquid, at room temperature for 60 minutes (impregnation with H 2 O). . Then, as shown in FIG. 4, water (H 2 O), which is a high boiling point liquid, reaches the inside of a relatively large diameter mesopore or macropore and is filled with water (H 2 O), which is a high boiling point liquid 60. Is done. Then, the surface of the substrate (wafer) taken out from the water is blown with N 2 gas to blow off moisture adhering to the surface. As shown in FIG. 4, the state of the gas sensitive film after this is such that most of the micropores, mesopores and macropores are filled with the high boiling point liquid 60. In FIG. 4, the high boiling point liquid 60 is illustrated in a mesh pattern and a black background pattern, but this is a separate illustration of the high boiling point liquid 60 filled in the first and second filling steps. After all, it is the same high boiling point liquid 60 and is united.

このように第一,第二充填工程を行う理由であるが、第二充填工程のみ(HO含浸のみ)では表面張力、内部の残存ガス(空気)の影響があり、マイクロポアとメソポアをHOで充填することが難しいが、予め第一充填工程(毛管凝縮作用)を施してマイクロポアとメソポアを充填しておき、その上で第二充填工程(HO含浸)を行うことで、柱状結晶531の表面および内部の複数の間隙532や複数の細孔533に含まれる多数のマイクロポア、メソポア、および、マクロポアの殆ど全てに確実に高沸点液体60である水が充填される。充填工程はこのようにして行われる。 The reason why the first and second filling steps are performed in this way is that only the second filling step (only H 2 O impregnation) is affected by surface tension and internal residual gas (air). Although it is difficult to fill with H 2 O, the first filling step (capillary condensation action) is performed in advance to fill the micropores and the mesopores, and then the second filling step (H 2 O impregnation) is performed. Thus, almost all of the large number of micropores, mesopores, and macropores contained in the plurality of gaps 532 and the plurality of pores 533 on the surface and inside of the columnar crystal 531 are surely filled with water as the high-boiling point liquid 60. . The filling process is performed in this way.

続いてガス選択燃焼膜を形成する(ガス選択燃焼膜形成工程)。
第一,第二充填工程により高沸点液体である水が充填されたガス感応膜を有する基板に対し、あらかじめ用意しておいたガス選択燃焼層印刷用ペーストをガス感応膜の直上に厚さ30μmとなるようにスクリーン印刷してガス選択燃焼膜を形成する。このようにスクリーン印刷により厚みを薄くしている。ガス選択燃焼膜は、図5,図6で示すように、電気絶縁層4、接合層51、一対の感知電極層52,52およびガス感応膜を覆うようになされる。このガス選択燃焼層印刷用ペーストは、Pdを7.0wt%添加したγ−アルミナ(平均粒径2〜3μm)にジエチレングリコールモノエチルエーテルを同重量、さらにバインダとなるシリカゾルを20wt%添加して混練してなるペーストである。なお、ガス選択燃焼膜は、ガス感応膜およびガス選択燃焼膜をともに焼成して初めてガス選択燃焼層54になるというものであり、焼成がなされるまで便宜上ガス選択燃焼膜という。
Subsequently, a gas selective combustion film is formed (gas selective combustion film forming step).
For a substrate having a gas sensitive film filled with water which is a high boiling point liquid in the first and second filling steps, a gas selective combustion layer printing paste prepared in advance is 30 μm thick immediately above the gas sensitive film. A gas selective combustion film is formed by screen printing so that In this way, the thickness is reduced by screen printing. As shown in FIGS. 5 and 6, the gas selective combustion film covers the electrical insulating layer 4, the bonding layer 51, the pair of sensing electrode layers 52 and 52, and the gas sensitive film. This gas selective combustion layer printing paste is kneaded by adding the same weight of diethylene glycol monoethyl ether and 20 wt% of silica sol as a binder to γ-alumina (average particle diameter of 2 to 3 μm) to which 7.0 wt% of Pd is added. This is a paste. Note that the gas selective combustion film is a gas selective combustion layer 54 only after the gas sensitive film and the gas selective combustion film are fired, and is referred to as a gas selective combustion film for convenience until firing.

続いて、ガス感応膜およびガス選択燃焼膜を焼成してガス感応層およびガス選択燃焼層を形成する(焼成工程)。
ガス感応膜およびガス選択燃焼膜が形成された基板に対し、室温で乾燥後、500℃で1時間焼成する。この際、ガス感応膜およびガス選択燃焼膜を、高沸点液体の沸点以上に昇温して間隙および細孔の高沸点液体を蒸発させてガス感応膜に間隙および細孔を形成させつつ、併せて図1に示すようなガス感応層53およびガス選択燃焼層54が形成される。水は100℃以上で水蒸気となり多孔質のガス感応膜および多孔質のガス選択燃焼膜の間隙532や細孔533を通過してガス感応層53およびガス選択燃焼層54に何の影響も与えることなく飛散する。
Subsequently, the gas sensitive film and the gas selective combustion film are fired to form a gas sensitive layer and a gas selective combustion layer (firing step).
The substrate on which the gas sensitive film and the gas selective combustion film are formed is dried at room temperature and then baked at 500 ° C. for 1 hour. At this time, the gas sensitive membrane and the gas selective combustion membrane are heated to a temperature higher than the boiling point of the high-boiling liquid to evaporate the high-boiling liquid in the gaps and pores to form gaps and pores in the gas-sensitive membrane. Thus, the gas sensitive layer 53 and the gas selective combustion layer 54 as shown in FIG. 1 are formed. Water becomes water vapor at 100 ° C. or higher, and has no influence on the gas sensitive layer 53 and the gas selective combustion layer 54 through the gaps 532 and the pores 533 of the porous gas sensitive membrane and the porous gas selective combustion membrane. It scatters without.

最後にシリコンウェハー(図示せず)は、そ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が除去され、貫通孔が形成されたSi基板1となる。これによりダイヤフラム構造の薄膜ガスセンサ10となる。そして、ヒータ層3および感知電極層52は、駆動・処理部と電気的に通信可能に接続される。
薄膜ガスセンサ10の製造方法はこのようなものである。
Finally, the silicon wafer (not shown) is removed from the back surface by etching as a microfabrication process to form the Si substrate 1 in which the through holes are formed. Thus, the thin film gas sensor 10 having a diaphragm structure is obtained. The heater layer 3 and the sensing electrode layer 52 are connected so as to be electrically communicable with the driving / processing unit.
The manufacturing method of the thin film gas sensor 10 is as described above.

以上説明した本形態の薄膜ガスセンサは、バインダとしてシリカゾルを含有するガス選択燃焼層54が覆う多孔質のガス感応層53(SnO層)でも、細孔や間隙中のシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の浸透を低減しており、ガス選択燃焼層54の機械的強度の向上やガス感応層53の検出性能の向上をともに実現する薄膜ガスセンサとした。そしてこのような薄膜ガスセンサを実現する製造方法とした。 In the thin film gas sensor of the present embodiment described above, even in the porous gas-sensitive layer 53 (SnO 2 layer) covered with the gas selective combustion layer 54 containing silica sol as a binder, silica sol (silica colloid, SiO 2 ) in the pores and gaps is covered. A thin film gas sensor that reduces both the penetration of the fine particles) and realizes an improvement in mechanical strength of the gas selective combustion layer 54 and an improvement in detection performance of the gas sensitive layer 53. And it was set as the manufacturing method which implement | achieves such a thin film gas sensor.

続いて他の形態の薄膜ガスセンサについて説明する。先に説明した形態(以下第1形態とする)薄膜ガスセンサと比較すると、高沸点液体のみを変更する点で相違する。第1形態では高沸点液体として水を採用するのに対し、本形態(以下第2形態とする)では高沸点液体としてガス選択燃焼層印刷用ペーストが含有する有機溶剤、つまりジエチレングリコールモノエチルエーテルを採用する点が相違する。これ以外は図1,図6を用いて説明された多数のマイクロポア、メソポア、および、マクロポアを有する薄膜ガスセンサ10の構造および製造方法は同じであり重複する説明を省略する。   Next, another type of thin film gas sensor will be described. Compared to the previously described form (hereinafter referred to as the first form) thin film gas sensor, it differs in that only the high boiling point liquid is changed. In the first mode, water is used as the high boiling point liquid, whereas in this mode (hereinafter referred to as the second mode), the organic solvent contained in the gas selective combustion layer printing paste, that is, diethylene glycol monoethyl ether, is used as the high boiling point liquid. The point of adoption is different. Except for this, the structure and manufacturing method of the thin film gas sensor 10 having a large number of micropores, mesopores, and macropores described with reference to FIGS. 1 and 6 are the same, and redundant description is omitted.

この第2形態の相違点のみ説明する。
ガス感応膜の複数の間隙および複数の細孔に高沸点液体を充填する(充填工程)。
この充填工程は、二工程に分けられる。詳しくは、ガス感応膜まで形成された基板を高沸点液体の飽和蒸気圧以上の雰囲気で一定時間晒す工程(第一充填工程)と、この後にこの基板を高沸点液体中へ浸漬する工程(第二充填工程)である。本形態の高沸点液体は、具体的にはジエチレングリコールモノエチルエーテルとなる。
Only the differences of the second embodiment will be described.
The high-boiling liquid is filled into the plurality of gaps and the plurality of pores of the gas sensitive membrane (filling step).
This filling step is divided into two steps. Specifically, a step in which the substrate formed up to the gas sensitive film is exposed for a certain period of time in an atmosphere higher than the saturated vapor pressure of the high boiling point liquid (first filling step), and then a step in which the substrate is immersed in the high boiling point liquid (first step). Two filling step). Specifically, the high boiling point liquid of this embodiment is diethylene glycol monoethyl ether.

まず第一充填工程を行うが、さらに詳しくは多孔質のガス感知膜(SnO膜)まで形成された基板(ウェハ)を、ジエチレングリコールモノエチルエーテルを満たしたビーカーとともに密閉容器内に24時間放置する。ジエチレングリコールモノエチルエーテルは約200℃程度であり密閉容器温度は1℃以上199℃以下であればどのような温度でもかまわないが密閉容器内の相対湿度はジエチレングリコールモノエチルエーテルの飽和蒸気圧となる。このような雰囲気下では、ガス感知膜(SnO膜)の細孔や間隙のうちのマイクロポアと比較的径の小さなメソポアでは毛管凝縮作用のため、図3で示すように、マイクロポアと比較的径の小さなメソポアの内部にはジエチレングリコールモノエチルエーテル(液体)が充填される。 First, the first filling step is performed. More specifically, the substrate (wafer) formed up to the porous gas sensing film (SnO 2 film) is left in a closed container for 24 hours together with a beaker filled with diethylene glycol monoethyl ether. . Diethylene glycol monoethyl ether is about 200 ° C., and any temperature can be used as long as the temperature of the sealed container is 1 ° C. or more and 199 ° C. or less, but the relative humidity in the sealed container is the saturated vapor pressure of diethylene glycol monoethyl ether. Under such an atmosphere, the micropores in the pores and gaps of the gas sensing membrane (SnO 2 membrane) and the mesopores having a relatively small diameter have a capillary condensing action, so as compared with the micropores as shown in FIG. The inside of the mesopore having a small target diameter is filled with diethylene glycol monoethyl ether (liquid).

続いて第二充填工程を行うが、さらに詳しくは、第一充填工程を施した基板(ウェハ)室温で高沸点液体であるジエチレングリコールモノエチルエーテルに60分浸漬(有機溶剤含浸)する。すると図4で示すように、比較的径の大きなメソポアやマクロポアの内部にも高沸点液体であるジエチレングリコールモノエチルエーテルが到達して、高沸点液体60が充填される。そして、ジエチレングリコールモノエチルエーテルから取り出した基板(ウェハ)表面をNガスでブローして表面に付着しているジエチレングリコールモノエチルエーテルを吹き飛ばす。この後のガス感応膜の状態は図4で示すように、殆どのマイクロポア、メソポアおよびマクロポアの内部にジエチレングリコールモノエチルエーテルである高沸点液体60が充填される。 Subsequently, the second filling step is performed. More specifically, the substrate (wafer) subjected to the first filling step is immersed (diluted with an organic solvent) for 60 minutes in diethylene glycol monoethyl ether which is a high boiling point liquid at room temperature. Then, as shown in FIG. 4, diethylene glycol monoethyl ether, which is a high boiling point liquid, reaches the inside of the relatively large mesopores and macropores and is filled with the high boiling point liquid 60. Then, the substrate (wafer) surface taken out from diethylene glycol monoethyl ether is blown with N 2 gas to blow off the diethylene glycol monoethyl ether adhering to the surface. As shown in FIG. 4, the gas sensitive membrane after this is filled with a high-boiling liquid 60, which is diethylene glycol monoethyl ether, in most of the micropores, mesopores and macropores.

続いてガス選択燃焼膜を形成する(ガス選択燃焼膜形成工程)。
第一,第二充填工程により高沸点液体であるジエチレングリコールモノエチルエーテルが充填されたガス感応膜を有する基板に対し、あらかじめ用意しておいたガス選択燃焼層印刷用ペーストをガス感応膜の直上に厚さ30μmとなるようにスクリーン印刷してガス選択燃焼膜を形成する。ガス選択燃焼膜は、図5で示すように、電気絶縁層4、接合層51、一対の感知電極層52,52およびガス感応膜を覆うようになされる。このガス選択燃焼層印刷用ペーストは、Pdを7.0wt%添加したγ−アルミナ(平均粒径2〜3μm)にジエチレングリコールモノエチルエーテルを同重量、さらにバインダとなるシリカゾルを20wt%添加して混練してなるペーストである。
Subsequently, a gas selective combustion film is formed (gas selective combustion film forming step).
The gas selective combustion layer printing paste prepared in advance is applied directly above the gas sensitive film to the substrate having the gas sensitive film filled with diethylene glycol monoethyl ether which is a high boiling point liquid in the first and second filling processes. A gas selective combustion film is formed by screen printing to a thickness of 30 μm. As shown in FIG. 5, the gas selective combustion film covers the electrical insulating layer 4, the bonding layer 51, the pair of sensing electrode layers 52 and 52, and the gas sensitive film. This gas selective combustion layer printing paste is kneaded by adding the same weight of diethylene glycol monoethyl ether and 20 wt% of silica sol as a binder to γ-alumina (average particle diameter of 2 to 3 μm) to which 7.0 wt% of Pd is added. This is a paste.

続いて、ガス感応膜およびガス選択燃焼膜を焼成してガス感応層およびガス選択燃焼層を形成する(焼成工程)。
ガス感応膜およびガス選択燃焼膜が形成された基板に対し、室温で乾燥後、500℃で1時間焼成する。この際、ガス感応膜およびガス選択燃焼膜を、高沸点液体の沸点以上に昇温して間隙および細孔の高沸点液体を蒸発させてガス感応膜に間隙および細孔が形成されつつ、併せて図1に示すようなガス感応層53およびガス選択燃焼層54が形成される。ジエチレングリコールモノエチルエーテルは約200℃以上で蒸気となり多孔質のガス感応膜および多孔質のガス選択燃焼膜の細孔や間隙を通過してガス感応層53およびガス選択燃焼層54に何の影響も与えることなく飛散する。以下は同様であり重複する説明を省略する。
Subsequently, the gas sensitive film and the gas selective combustion film are fired to form a gas sensitive layer and a gas selective combustion layer (firing step).
The substrate on which the gas sensitive film and the gas selective combustion film are formed is dried at room temperature and then baked at 500 ° C. for 1 hour. At this time, the gas sensitive membrane and the gas selective combustion membrane are heated to a temperature higher than the boiling point of the high-boiling liquid to evaporate the high-boiling liquid in the gaps and pores to form gaps and pores in the gas-sensitive membrane. Thus, the gas sensitive layer 53 and the gas selective combustion layer 54 as shown in FIG. 1 are formed. Diethylene glycol monoethyl ether becomes a vapor at about 200 ° C. or higher and passes through the pores and gaps of the porous gas-sensitive membrane and the porous gas-selective combustion membrane, and has no effect on the gas-sensitive layer 53 and the gas-selective combustion layer 54. Spatter without giving. The following is the same, and a duplicate description is omitted.

以上説明した本形態の薄膜ガスセンサは、高沸点液体としてガス選択燃焼層印刷用ペーストが含有する有機溶剤、つまりジエチレングリコールモノエチルエーテルを採用する点で相違するが、この場居でもバインダとしてシリカゾルを含有するガス選択燃焼層54が覆う多孔質のガス感応層53(SnO層)でも、細孔や間隙中のシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)の浸透を低減しており、ガス選択燃焼層の機械的強度の向上やガス感応層の検出性能の向上を実現する薄膜ガスセンサとした。そしてこのような薄膜ガスセンサを実現する製造方法とした。 The thin film gas sensor of the present embodiment described above is different in that the organic solvent contained in the gas selective combustion layer printing paste, that is, diethylene glycol monoethyl ether, is used as the high boiling point liquid, but even in this place, the silica sol is contained as the binder. Even in the porous gas-sensitive layer 53 (SnO 2 layer) covered by the gas selective combustion layer 54, the penetration of silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) in the pores and gaps is reduced. The thin film gas sensor achieves improved mechanical strength and improved detection performance of the gas sensitive layer. And it was set as the manufacturing method which implement | achieves such a thin film gas sensor.

続いて、先に第1形態、第2形態として作製された薄膜ガスセンサの特性を示す。ここに第1形態(高沸点液体に水を採用した形態)で作成された薄膜ガスセンサを素子Aとする。また、第2形態(高沸点液体にジエチレングリコールモノエチルエーテルを採用した形態)で作成された薄膜ガスセンサを素子Bとする。なお、ジエチレングリコールモノエチルエーテルでの処理は全て室温で行った。また従来方法で作製した従来技術の薄膜ガスセンサ(SiO微粒子/SnO最表面が形成されて空気中の水分と相互作用してOH基の生成、水分の凝縮を促進してRair(空気中抵抗)の低下を促進しているものと推定される薄膜ガスセンサ)を素子Cとする。これら素子A,素子B,素子Cに高温高湿試験を施してRair(空気中抵抗)の変化を調べる。その結果を次表に示す。 Next, the characteristics of the thin film gas sensor previously produced as the first form and the second form will be shown. Here, the thin film gas sensor created in the first form (form in which water is adopted as the high boiling point liquid) is referred to as an element A. Further, a thin film gas sensor created in the second form (a form in which diethylene glycol monoethyl ether is adopted as the high boiling point liquid) is referred to as an element B. All treatments with diethylene glycol monoethyl ether were performed at room temperature. In addition, a thin film gas sensor of the prior art manufactured by a conventional method (SiO 2 fine particles / SnO 2 outermost surface is formed and interacts with moisture in the air to promote generation of OH groups and condensation of moisture to promote R air (in air The element C is a thin film gas sensor that is presumed to promote a decrease in resistance. These elements A, B, and C are subjected to a high-temperature and high-humidity test to examine changes in R air (resistance in air). The results are shown in the following table.

表1は高温高湿中(60℃、80%RH)で30日間通電した前後での、空気中でのRair(空気中抵抗)を示す。従来技術による素子Cでは半桁近く抵抗値が低下しているが、試験前後において素子A,BのCHなどの検知ガスに対する特性も何の変動もない。つまり、素子A,Bでは全く変化がないことがわかる。このようにガス感応層の多数のマイクロポア、メソポア、および、マクロポアの高沸点液体を充填してからガス選択燃焼層ともども焼成することで、多数のマイクロポア、メソポア、および、マクロポアが形成されたガス感応層とすることができ、高湿中で通電しても安定なセンサ特性が得られたことになる。 Table 1 shows R air (resistance in air) before and after energization for 30 days in high temperature and high humidity (60 ° C., 80% RH). In the element C according to the prior art, the resistance value is reduced by almost a half digit, but there is no change in the characteristics of the elements A and B with respect to the detection gas such as CH 4 before and after the test. That is, it can be seen that there is no change in the elements A and B. In this way, a large number of micropores, mesopores, and macropores were formed by filling the gas-sensitive layer with a large number of micropores, mesopores, and macropores and then firing them together with the gas selective combustion layer. It can be a gas sensitive layer, and stable sensor characteristics can be obtained even when energized in high humidity.

以上本発明の薄膜ガスセンサおよびその製造方法について説明した。本発明によれば、ガス感応膜の細孔や間隙に予め高沸点液体を充填しておくことで、その上に印刷されたガス選択燃焼膜中のシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)成分は多孔質のガス感応膜(SnO膜)の細孔や間隙中へは浸透せず、ガス選択燃焼膜の最表面のみに残存する。従ってガス選択燃焼膜を焼き付けるため高温で熱処理しても多孔質のガス感知膜(SnO膜)細孔内部にはシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)が析出しない。その際、細孔や間隙を充填していた高沸点液体は気化して多孔質のガス感知膜から飛散するため問題はない。ガス選択燃焼膜の最表面に残るシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)成分は多孔質のガス感知膜(SnO膜)との接着に寄与する。表面に高濃度に存在するシリカゾル(シリカコロイド、SiO微粒子)は熱処理で凝集(高分散しない)し比較的大きなシリカ粒子となるためOH基の生成、水分の凝集にはほとんど寄与しない。
上記により、良好な接着強度を有しかつ高温高湿下でもRair(空気中抵抗)の低下などの特性変動のない、長期信頼性の良いシリカゾルを含むガス選択燃焼層を有する薄膜ガスセンサとすることができる。また、このような薄膜ガスセンサの製造方法とすることができる。
The thin film gas sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described above. According to the present invention, the silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) component in the gas selective combustion film printed on the gas sensitive membrane is preliminarily filled in the pores and gaps of the gas sensitive membrane. It does not penetrate into the pores or gaps of the porous gas-sensitive membrane (SnO 2 membrane) and remains only on the outermost surface of the gas selective combustion membrane. Therefore, silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) does not precipitate inside the pores of the porous gas sensing film (SnO 2 film) even when heat-treated at a high temperature to burn the gas selective combustion film. At this time, there is no problem because the high boiling point liquid filling the pores and gaps is vaporized and scattered from the porous gas sensing film. The silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particle) component remaining on the outermost surface of the gas selective combustion film contributes to adhesion with the porous gas sensing film (SnO 2 film). Silica sol (silica colloid, SiO 2 fine particles) present at a high concentration on the surface is aggregated (not highly dispersed) by heat treatment and becomes relatively large silica particles, and therefore hardly contributes to generation of OH groups and aggregation of moisture.
According to the above, a thin film gas sensor having a gas selective combustion layer containing a silica sol having a good long-term reliability, which has good adhesive strength and does not change characteristics such as a reduction in R air (resistance in air) even under high temperature and high humidity. be able to. Moreover, it can be set as the manufacturing method of such a thin film gas sensor.

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ガス感応層およびガス選択燃焼層の詳細図である。1 is a detailed view of a gas sensitive layer and a gas selective combustion layer of a thin film gas sensor of the best mode for carrying out the present invention. ガス感応膜形成工程の説明図である。It is explanatory drawing of a gas sensitive film formation process. 第一充填工程の説明図である。It is explanatory drawing of a 1st filling process. 第二充填工程の説明図である。It is explanatory drawing of a 2nd filling process. ガス選択燃焼膜形成工程の説明図である。It is explanatory drawing of a gas selective combustion film formation process. 従来技術の薄膜ガスセンサを概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the thin film gas sensor of a prior art schematically. シリカゾルに対する水分の多量吸着を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the large amount adsorption | suction of the water | moisture content with respect to a silica sol. シリカゾルに対する水分の多量吸着を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the large amount adsorption | suction of the water | moisture content with respect to a silica sol.

符号の説明Explanation of symbols

10:薄膜ガスセンサ
1:Si基板
2:絶縁支持層
21:熱酸化SiO
22:CVD−Si
23:CVD−SiO
3:ヒータ層
4:電気絶縁層
5:ガス検出層
51:接合層
52:感知電極層
53:ガス感応層(SnO層)
531:柱状結晶
532:間隙
533:細孔
54:ガス選択燃焼層(Pd担持Al焼結材)
60:高沸点液体
10: thin film gas sensor 1: Si substrate 2: insulating support layer 21: thermally oxidized SiO 2 layer 22: CVD-Si 3 N 4 layer 23: CVD-SiO 2 layer 3: heater layer 4: electrical insulating layer 5: gas detection layer 51: Bonding layer 52: Sensing electrode layer 53: Gas sensitive layer (SnO 2 layer)
531: Columnar crystals 532: Gaps 533: Pore 54: Gas selective combustion layer (Pd-supported Al 2 O 3 sintered material)
60: High boiling point liquid

Claims (10)

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ヤフラム様の熱絶縁支持層と、
この熱絶縁支持層上に設けられるヒータ層と、
熱絶縁支持層およびヒータ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電気絶縁層上に設けられるガス感応層と、
ガス感応層を覆うガス選択燃焼層と、
を備え、
このガス感応層は、複数のマイクロポア、複数のメソポアおよび複数のマクロポアが外界に連通す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 over the opening of the through hole;
A heater layer provided on the thermally insulating support layer;
An electrically insulating layer provided to cover the heat insulating support layer and the heater layer;
A pair of sensing electrode layers provided on the electrically insulating layer;
A gas sensitive layer provided on the electrically insulating layer so as to pass a pair of sensing electrode layers;
A gas selective combustion layer covering the gas sensitive layer;
With
The gas sensitive layer is a thin film gas sensor characterized in that a plurality of micropores, a plurality of mesopores and a plurality of macropores communicate with the outside world.
前記ガス感応層は、断面径が10nm〜100nmの柱状結晶の集合体であって柱状結晶間に5nm〜50nmの複数の間隙を有し、また、柱状結晶の表面および内部に複数の細孔を有し、これら複数の間隙および複数の細孔にマイクロポア、メソポア、および、マクロポアが含まれる層であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜ガスセンサ。   The gas sensitive layer is an aggregate of columnar crystals having a cross-sectional diameter of 10 nm to 100 nm, having a plurality of gaps of 5 nm to 50 nm between the columnar crystals, and having a plurality of pores on the surface and inside of the columnar crystals. The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the thin film gas sensor is a layer including micropores, mesopores, and macropores in the plurality of gaps and the plurality of pores. 前記ガス感応層は、SnO(二酸化スズ)により形成される層であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜ガスセンサ。 The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensitive layer is a layer formed of SnO 2 (tin dioxide). 前記ガス選択燃焼層は、Pd(パラジウム)またはPt(白金)を触媒として担持したAl(アルミナ)焼結材による層であることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサ。 The gas selective combustion layer is a layer made of an Al 2 O 3 (alumina) sintered material supporting Pd (palladium) or Pt (platinum) as a catalyst. The thin film gas sensor according to one item. 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の製造方法であって、
前記ガス感応層および前記ガス選択燃焼層を基板上に形成する工程は、
電気絶縁層上にガス感応膜を形成するガス感応膜形成工程と、
ガス感応膜の複数の間隙および複数の細孔に高沸点液体を充填する充填工程と、
ガス感応膜を覆うようにガス選択燃焼膜を形成するガス選択燃焼膜形成工程と、
ガス感応膜およびガス選択燃焼膜を、高沸点液体の沸点以上で昇温して間隙および細孔の高沸点液体を蒸発させてガス感応膜に間隙および細孔を形成するとともにガス感応膜およびガス選択燃焼膜を焼成してガス感応層およびガス選択燃焼層を形成する焼成工程と、
を有することを特徴とする薄膜ガスセンサの製造方法。
It is a manufacturing method of the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
Forming the gas sensitive layer and the gas selective combustion layer on a substrate;
A gas sensitive film forming step of forming a gas sensitive film on the electrical insulating layer;
A filling step of filling a plurality of gaps and a plurality of pores of the gas sensitive membrane with a high boiling point liquid;
A gas selective combustion film forming step of forming a gas selective combustion film so as to cover the gas sensitive film;
The gas sensitive membrane and the gas selective combustion membrane are heated above the boiling point of the high boiling point liquid to evaporate the high boiling point liquid in the gaps and pores to form gaps and pores in the gas sensitive membrane, and the gas sensitive membrane and gas A firing step of firing the selective combustion film to form a gas sensitive layer and a gas selective combustion layer;
A method of manufacturing a thin film gas sensor, comprising:
前記充填工程は、ガス感応膜まで形成された基板を高沸点液体の飽和蒸気圧以上の雰囲気で一定時間晒した後、この基板を高沸点液体中へ浸漬する工程であることを特徴とする請求項5に記載の薄膜ガスセンサの製造方法。   The filling step is a step of immersing the substrate in the high boiling point liquid after exposing the substrate formed up to the gas sensitive film in an atmosphere having a saturated vapor pressure or higher of the high boiling point liquid for a predetermined time. Item 6. A method for manufacturing a thin film gas sensor according to Item 5. 前記ガス選択燃焼膜形成工程は、触媒粉末とシリカゾルバインダを主成分として有機溶剤を混合させてなる印刷ペーストを用いてガス感応膜上にスクリーン印刷などで所定形状のガス選択燃焼膜を形成する工程であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の薄膜ガスセンサの製造方法。   The gas selective combustion film forming step is a step of forming a gas selective combustion film having a predetermined shape by screen printing or the like on a gas sensitive film using a printing paste formed by mixing an organic solvent mainly composed of catalyst powder and silica sol binder. The method for manufacturing a thin film gas sensor according to claim 5, wherein the method is a thin film gas sensor. 前記充填工程は、高沸点液体がHO(水)であることを特徴とする請求項5〜請求項7の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサの製造方法。 The filling step, the method of manufacturing a thin film gas sensor according to any one of claims 5 to 7, a high-boiling liquid is characterized by a H 2 O (water). 前記充填工程は、高沸点液体を印刷ペーストが含有する有機溶剤と同じ成分とした工程であることを特徴とする請求項7に記載の薄膜ガスセンサの製造方法。   8. The method of manufacturing a thin film gas sensor according to claim 7, wherein the filling step is a step of using a high boiling point liquid as the same component as the organic solvent contained in the printing paste. 前記充填工程は、高沸点液体がジエチレングリコールモノエチルエーテルであることを特徴とする請求項9に記載の薄膜ガスセンサの製造方法。   The method for producing a thin film gas sensor according to claim 9, wherein in the filling step, the high boiling point liquid is diethylene glycol monoethyl ether.
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