JP2020056726A - Gas sensor - Google Patents

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Abstract

To meet a demand for a gas sensor that can selectively and accurately detect a gas to be detected with higher sensitivity.SOLUTION: A gas sensor comprises: an adsorption layer 53 that adsorbs a gas containing a gas to be detected and a gas not to be detected; and a sensing layer 52 that is covered with the adsorption layer 53 and has electrical characteristics changing according to concentration of the gas to be detected passing through the adsorption layer 53. The adsorption layer contains a catalyst component that includes gold particles and metal oxide carriers carrying the gold particles. An average particle diameter of the gold particles is 10 nm or less, and when taking a total mass of the catalyst component as 100%, the gold particles are included by an amount of 0.02 mass% or more and 12 mass% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガスセンサに関する。特には、検出対象ガスを高感度で選択的に検出することができるガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor. In particular, the present invention relates to a gas sensor that can selectively detect a gas to be detected with high sensitivity.

従来、検出対象ガスと非検出対象ガスとを含む雰囲気であっても、検出対象ガスを正確に検知することが可能なガスセンサが知られている(例えば、特許文献1を参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a gas sensor capable of accurately detecting a detection target gas even in an atmosphere containing a detection target gas and a non-detection target gas (for example, see Patent Document 1).

特開2017−223557号公報JP 2017-223557 A

より高感度で、検出対象ガスを選択的に正確に検出することができるガスセンサが求められる。   There is a need for a gas sensor that has higher sensitivity and can selectively and accurately detect a gas to be detected.

本発明者らは、ガスセンサの吸着層の触媒成分を検討し、特定の活性成分を特定の量で含むことにより、検出対象ガスを選択的に検出することができることを見出すことにより本発明を完成するに至った。   The present inventors have completed the present invention by examining the catalytic components of the adsorption layer of the gas sensor and finding that the target gas can be selectively detected by including a specific active component in a specific amount. I came to.

本発明は、一実施形態によれば、ガスセンサであって、検出対象ガスと非検出対象ガスとを含むガスを吸着する吸着層と、前記吸着層に覆われ、前記吸着層を通過した前記検出対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する感知層とを備え、前記吸着層が、金粒子と、前記金粒子を担持した金属酸化物担体とを含む触媒成分を含み、前記金粒子の平均粒子径が10nm以下であり、前記金粒子が、前記触媒成分の総質量を100%としたときに、0.02質量%以上であって12質量%以下の量で含まれている。   According to an embodiment of the present invention, there is provided a gas sensor, wherein an adsorption layer that adsorbs a gas containing a detection target gas and a non-detection target gas, and the detection that is covered by the adsorption layer and passes through the adsorption layer. A sensing layer whose electrical characteristics change according to the concentration of the target gas, wherein the adsorption layer includes a catalyst component including gold particles and a metal oxide carrier supporting the gold particles, The average particle diameter is 10 nm or less, and the gold particles are contained in an amount of 0.02% by mass or more and 12% by mass or less when the total mass of the catalyst component is 100%.

前記ガスセンサにおいて、前記触媒成分が、Fe、MnO、CeO、Co、NiO、ZrO、CuOからなる群より選択される1以上の助触媒をさらに含むことが好ましい。 In the gas sensor, the catalyst components, Fe 2 O 3, MnO 2 , CeO 2, Co 3 O 4, NiO, may further include one or more co-catalysts selected from the group consisting of ZrO 2, CuO.

前記助触媒を含むガスセンサにおいて、前記助触媒が、前記触媒成分の総質量を100%としたときに、0.1質量%以上であって10質量%以下の量で含まれていることが好ましい。   In the gas sensor containing the co-catalyst, it is preferable that the co-catalyst is contained in an amount of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less when the total mass of the catalyst components is 100%. .

前記ガスセンサにおいて、前記吸着層を加熱するヒータ層をさらに含むことが好ましい。   The gas sensor preferably further includes a heater layer for heating the adsorption layer.

前記ガスセンサにおいて、前記金属酸化物担体が、Al、ZrO、CeO、Cr、Fe、NiOからなる群より選択される1以上の金属酸化物を含むことが好ましい。 In the gas sensor, the metal oxide carrier may include at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , and NiO. preferable.

前記ガスセンサにおいて、前記感知層が、金属酸化物半導体を含むことが好ましい。   In the gas sensor, it is preferable that the sensing layer includes a metal oxide semiconductor.

前記ガスセンサにおいて、前記金属酸化物半導体が、SnO、In、WO、ZnO、TiOからなる群より選択される1以上の金属酸化物を含むことが好ましい。 In the gas sensor, the metal oxide semiconductor preferably includes at least one metal oxide selected from the group consisting of SnO 2 , In 2 O 3 , WO 3 , ZnO, and TiO 2 .

前記ガスセンサにおいて、前記検出対象ガスがケトンであり、前記非検出対象ガスがアルコールであることが好ましい。   In the gas sensor, preferably, the detection target gas is ketone, and the non-detection target gas is alcohol.

本発明は、別の実施形態によれば、上記のいずれかに記載のガスセンサを用いたガス検出方法であって、前記吸着層を200℃〜400℃に加熱して、前記感知層の電気的特性を得る検出工程を含む方法に関する。   According to another embodiment, the present invention provides a gas detection method using the gas sensor according to any of the above, wherein the adsorption layer is heated to 200 to 400 ° C. A method comprising a detection step of obtaining a property.

前記ガス検出方法において、前記検出工程の前に、前記吸着層及び前記感知層を370℃〜500℃に加熱するクリーニング工程を含むことが好ましい。   The gas detection method preferably includes a cleaning step of heating the adsorption layer and the sensing layer to 370 ° C. to 500 ° C. before the detection step.

本発明によれば、検出対象ガスを正確に検知することができる。   According to the present invention, a gas to be detected can be accurately detected.

図1は、本発明の一実施形態によるガスセンサの断面構造を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a gas sensor according to one embodiment of the present invention. 図2は、実施例1−1のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing sensitivity characteristics of the gas sensor of Example 1-1. 図3は、実施例1−2のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the sensitivity characteristics of the gas sensor of Example 1-2. 図4は、実施例1−3のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the sensitivity characteristics of the gas sensor of Example 1-3. 図5は、実施例1−4のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the sensitivity characteristics of the gas sensor of Example 1-4. 図6は、実施例1−5のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the sensitivity characteristics of the gas sensor of Example 1-5. 図7は、実施例2のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph illustrating sensitivity characteristics of the gas sensor according to the second embodiment. 図8は、比較例1のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the sensitivity characteristics of the gas sensor of Comparative Example 1. 図9は、比較例2のガスセンサの感度特性を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the sensitivity characteristics of the gas sensor of Comparative Example 2. 図10は、実施例1のガスセンサによる300℃の感度比のプロットを示す。FIG. 10 shows a plot of the sensitivity ratio of the gas sensor of Example 1 at 300 ° C. 図11は、本発明に係るガスセンサの触媒成分を用いてガス成分の転化率を試験した結果であって、金の担持量と、エタノール転化率、アセトン転化率との関係を示したグラフである。FIG. 11 is a graph showing the results of testing the conversion of gas components using the catalyst components of the gas sensor according to the present invention, and showing the relationship between the amount of supported gold, the ethanol conversion, and the acetone conversion. . 図12は、本発明に係るガスセンサの触媒成分を用いてガス成分の転化率を試験した結果であって、金の担持量と、反応温度、エタノール転化率、アセトン転化率との関係を示したグラフである。FIG. 12 shows the results of testing the conversion of gas components using the catalyst components of the gas sensor according to the present invention, and shows the relationship among the amount of gold carried, the reaction temperature, the conversion of ethanol, and the conversion of acetone. It is a graph. 図13は、本発明に係るガスセンサの触媒成分を用いてガス成分の転化率を試験した結果であって、金の粒径と、エタノール転化率、アセトン転化率との関係を示したグラフである。FIG. 13 is a graph showing the results of testing the conversion of gas components using the catalyst component of the gas sensor according to the present invention, and showing the relationship between the particle size of gold, the ethanol conversion, and the acetone conversion. . 図14は、本発明に係るガスセンサの触媒成分を用いてガス成分の転化率を試験した結果であって、金の担持量を概ね一定とした場合の助触媒Feの担持量と、エタノール転化率、アセトン転化率との関係を示したグラフである。FIG. 14 shows the results of testing the conversion of the gas component using the catalyst component of the gas sensor according to the present invention, and shows the amount of the co-catalyst Fe 2 O 3 when the amount of gold supported was substantially constant. It is the graph which showed the relationship between the ethanol conversion rate and the acetone conversion rate. 図15は、本発明に係るガスセンサの触媒成分を用いてガス成分の転化率を試験した結果であって、金の担持量を概ね一定とした場合の助触媒ZrOの担持量と、エタノール転化率、アセトン転化率との関係を示したグラフである。FIG. 15 shows the results of testing the conversion rate of the gas component using the catalyst component of the gas sensor according to the present invention, and shows the amount of the supported catalyst ZrO 2 and the ethanol conversion when the supported amount of gold is substantially constant. 5 is a graph showing the relationship between the conversion rate and the acetone conversion rate.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited by the embodiments described below.

本発明の一実施形態に係るガスセンサは、検出対象ガスと非検出対象ガスとを含む雰囲気であっても、検出対象ガスを正確に検知することが可能なガスセンサである。   A gas sensor according to one embodiment of the present invention is a gas sensor that can accurately detect a detection target gas even in an atmosphere containing a detection target gas and a non-detection target gas.

以下では、検出対象ガスの一例であるアセトンと、非検出対象ガスの一例であるエタノールとを含むガス雰囲気において、アセトンを正確に検知することが可能な半導体式のガスセンサを例に挙げて説明する。アセトンを正確に検知することが可能なガスセンサは、例えば呼気中のアセトンを検知して体調管理を行う呼気計測器等に好適に用いることができる。なお、検出対象ガスはアセトン以外のケトンガスであってもよく、非検出対象ガスはエタノール以外のアルコールガスであってもよい。アセトン以外の検出対象ケトンガスとしては、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、2−ブタノンなどが挙げられるが、これらには限定されない。エタノール以外の非検出対象アルコールガスとしては、メタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどが挙げられるが、これらには限定されない。   Hereinafter, a semiconductor type gas sensor capable of accurately detecting acetone in a gas atmosphere containing acetone as an example of a detection target gas and ethanol as an example of a non-detection target gas will be described as an example. . A gas sensor capable of accurately detecting acetone can be suitably used for, for example, a breath meter that detects acetone in breath and performs physical condition management. The detection target gas may be a ketone gas other than acetone, and the non-detection target gas may be an alcohol gas other than ethanol. Ketone gases to be detected other than acetone include, but are not limited to, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, 2-butanone, and the like. Non-detection target alcohol gases other than ethanol include, but are not limited to, methanol, 1-propanol, 2-propanol, and the like.

(ガスセンサ)
本発明は一実施形態によれば、ガスセンサである。本実施形態に係るガスセンサを、図1を参照して説明する。図1は、一実施形態に係るガスセンサの概略断面図である。
(Gas sensor)
The present invention, according to one embodiment, is a gas sensor. A gas sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view of a gas sensor according to one embodiment.

図1に示されるように、ガスセンサは、ダイアフラム構造を有する半導体式のガスセンサであってよく、基板10と、熱絶縁支持層20と、ヒータ層30と、絶縁層40と、ガス検出層50とを備えている。ヒータ層30は、図示しない駆動処理部と電気的に接続されており、駆動処理部がヒータ層30をヒータ駆動する。また、ガス検出層50は、図示しない駆動処理部と電気的に接続されており、駆動処理部がガス検出層50の感知層52の電気的特性を読み出す。   As shown in FIG. 1, the gas sensor may be a semiconductor type gas sensor having a diaphragm structure, and includes a substrate 10, a heat insulating support layer 20, a heater layer 30, an insulating layer 40, and a gas detection layer 50. It has. The heater layer 30 is electrically connected to a drive processing unit (not shown), and the drive processing unit drives the heater layer 30 with a heater. The gas detection layer 50 is electrically connected to a drive processing unit (not shown), and the drive processing unit reads out the electrical characteristics of the sensing layer 52 of the gas detection layer 50.

基板10は、半導体材料により形成される部材であってよく、例えばシリコン(Si)により形成されている。基板10の中央部分には、基板10を貫通する貫通孔11が形成されている。   The substrate 10 may be a member formed of a semiconductor material, for example, silicon (Si). A through hole 11 penetrating through the substrate 10 is formed in a central portion of the substrate 10.

熱絶縁支持層20は、基板10の上に形成されており、ダイアフラム構造を有する。熱絶縁支持層20は、熱酸化膜21、支持膜22、熱絶縁膜23を含む。   The heat insulating support layer 20 is formed on the substrate 10 and has a diaphragm structure. The thermal insulating support layer 20 includes a thermal oxide film 21, a support film 22, and a thermal insulating film 23.

熱酸化膜21は、基板10の上に形成されており、例えば熱酸化SiO膜により形成されている。熱酸化膜21は、ヒータ層30で発生する熱を基板10側へ熱伝導しないように熱伝導率を小さくするものである。また、熱酸化膜21は、基板10に対して高いエッチング選択性を有する。 The thermal oxide film 21 is formed on the substrate 10 and is formed of, for example, a thermal oxide SiO 2 film. The thermal oxide film 21 reduces the thermal conductivity so that the heat generated in the heater layer 30 is not conducted to the substrate 10 side. Further, the thermal oxide film 21 has a high etching selectivity with respect to the substrate 10.

支持膜22は、熱酸化膜21の上に形成されており、例えばCVD−Si膜により形成されている。支持膜22は、ダイアフラム構造の支持膜として機能する。 Supporting film 22 is formed on the thermal oxide film 21, for example, formed by CVD-Si 3 N 4 film. The support film 22 functions as a support film having a diaphragm structure.

熱絶縁膜23は、支持膜22の上に形成されており、例えばCVD−SiO膜により形成することができる。熱絶縁膜23は、ヒータ層30との間に高い密着性を有すると共に、基板10とヒータ層30とを電気的に絶縁する。 The heat insulating film 23 is formed on the support film 22 and can be formed by, for example, a CVD-SiO 2 film. The heat insulating film 23 has a high adhesiveness with the heater layer 30 and electrically insulates the substrate 10 from the heater layer 30.

ヒータ層30は、熱絶縁支持層20の上に、平面視において貫通孔11が形成されている位置の中央部分に形成することができる。これにより、ヒータ層30は、基板10と熱的に分離されている。また、ヒータ層30は、図示しない電源に接続されており、電源から電力が供給されることにより発熱し、ガス検出層50を加熱する。より具体的には、ヒータ層30は、エタノールを酸化させて後述する感知層52に到達するエタノールを減少させる温度、及びクリーニングにおいて必要な温度、例えば200℃〜500℃に、後述する感知層52及び吸着層53を加熱することができる。このとき、ヒータ層30が基板10と熱的に分離されているので、ヒータ層30において発生した熱は、ほとんど周囲に拡散することはない。このため、ガス検出層50及び感知層52を効率的に昇温させることができる。ヒータ層30は、例えば白金(Pt)とタングステン(W)との合金膜(以下「Pt−W膜」ともいう。)により形成することができる。なお、感知層52及び吸着層53を含むガス検出層50を所定の温度に加熱することができれば、ヒータ層30に換えて、他の加熱装置を備えることもできる。   The heater layer 30 can be formed on the heat insulating support layer 20 at the center of the position where the through-hole 11 is formed in plan view. Thereby, the heater layer 30 is thermally separated from the substrate 10. The heater layer 30 is connected to a power supply (not shown), and generates heat when supplied with power from the power supply to heat the gas detection layer 50. More specifically, the heater layer 30 is heated to a temperature at which ethanol is oxidized to reduce the amount of ethanol reaching the sensing layer 52, which will be described later, and a temperature required for cleaning, for example, 200 ° C. to 500 ° C. In addition, the adsorption layer 53 can be heated. At this time, since the heater layer 30 is thermally separated from the substrate 10, the heat generated in the heater layer 30 hardly diffuses to the surroundings. For this reason, the temperature of the gas detection layer 50 and the sensing layer 52 can be efficiently increased. The heater layer 30 can be formed of, for example, an alloy film of platinum (Pt) and tungsten (W) (hereinafter, also referred to as a “Pt-W film”). If the gas detection layer 50 including the sensing layer 52 and the adsorption layer 53 can be heated to a predetermined temperature, another heating device can be provided instead of the heater layer 30.

絶縁層40は、熱絶縁支持層20の上に、ヒータ層30を覆うように形成されており、例えばスパッタSiO膜により形成することができる。絶縁層40は、ヒータ層30とガス検出層50とを電気的に絶縁する。また、絶縁層40は、ガス検出層50との間に高い密着性を有する。 The insulating layer 40 is formed on the heat insulating support layer 20 so as to cover the heater layer 30, and can be formed by, for example, a sputtered SiO 2 film. The insulating layer 40 electrically insulates the heater layer 30 from the gas detection layer 50. Further, the insulating layer 40 has a high adhesiveness with the gas detection layer 50.

ガス検出層50は、絶縁層40の上に、平面視において貫通孔11が形成されている位置の中央部分に形成されている。即ち、ガス検出層50は、絶縁層40の上に、平面視においてヒータ層30が形成されている位置と対応するように形成されている。ガス検出層50は、電極層51、感知層52、吸着層53を含む。また、絶縁層40と電極層51との間の密着性が十分ではない場合には、絶縁層40と電極層51との間に、例えばタンタル(Ta)膜、チタン(Ti)膜により形成される接合層を設けてもよい。   The gas detection layer 50 is formed on the insulating layer 40 at the center of the position where the through hole 11 is formed in plan view. That is, the gas detection layer 50 is formed on the insulating layer 40 so as to correspond to the position where the heater layer 30 is formed in a plan view. The gas detection layer 50 includes an electrode layer 51, a sensing layer 52, and an adsorption layer 53. If the adhesion between the insulating layer 40 and the electrode layer 51 is not sufficient, a film of, for example, a tantalum (Ta) film or a titanium (Ti) film is formed between the insulating layer 40 and the electrode layer 51. May be provided.

電極層51は、絶縁層40の上に、平面視において感知層52の両端に形成される一対の金属膜であり、例えばPt膜、金(Au)膜により形成することができる。   The electrode layer 51 is a pair of metal films formed on the insulating layer 40 at both ends of the sensing layer 52 in plan view, and can be formed of, for example, a Pt film or a gold (Au) film.

感知層52は、絶縁層40の上に、一対の電極層51と接触するように形成されている。感知層52は、金属酸化物により形成されており、例えばSnOにより形成することができる。感知層52は、吸着層53を通過したアセトンの濃度に応じて抵抗値等の電気的特性が変化するものである。なお、感知層52は、SnO以外の材料、例えばIn、WO、ZnO、TiO等の金属酸化物半導体を主成分とする材料により形成されていてもよい。また、本明細書における「主成分」とは、層を構成する成分の総質量を100%とした場合に50質量%以上含有していることを意味する。 The sensing layer 52 is formed on the insulating layer 40 so as to be in contact with the pair of electrode layers 51. The sensing layer 52 is formed of a metal oxide, and can be formed of, for example, SnO 2 . The sensing layer 52 changes its electrical characteristics such as resistance according to the concentration of acetone that has passed through the adsorption layer 53. The sensing layer 52 may be formed of a material other than SnO 2 , for example, a material mainly containing a metal oxide semiconductor such as In 2 O 3 , WO 3 , ZnO, and TiO 2 . Further, the “main component” in this specification means that 50% by mass or more is contained when the total mass of the components constituting the layer is 100%.

吸着層53は、電極層51及び感知層52の上に、感知層52の表面を覆うように形成されており、アセトンとエタノールとを含むガスを吸着することができる。吸着層53は、金粒子を担持した金属酸化物担体を主成分として含む。主成分の定義は、上記と同様とする。吸着層53は、感知層52の上面に積層して形成されてもよく、必ずしも感知層の側面が吸着層にて覆われていなくてもよい。   The adsorption layer 53 is formed on the electrode layer 51 and the sensing layer 52 so as to cover the surface of the sensing layer 52, and can adsorb a gas containing acetone and ethanol. The adsorption layer 53 contains a metal oxide carrier supporting gold particles as a main component. The definition of the principal component is the same as above. The adsorption layer 53 may be formed by being stacked on the upper surface of the sensing layer 52, and the side surface of the sensing layer does not necessarily need to be covered with the adsorption layer.

金属酸化物担体は、Al、ZrO、CeO、Cr、Fe、NiO、またはこれらの2以上が混合された絶縁体であることが好ましく、例えば、γ−Alであってよいが、これらには限定されない。 The metal oxide carrier is preferably Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , NiO, or an insulator in which two or more of these are mixed. It may be Al 2 O 3 , but is not limited thereto.

金粒子は、平均粒子径が、10nm以下であり、5nm以下であることが好ましい。このような平均粒子径範囲において、エタノールの選択的な酸化反応(燃焼反応)を促進する触媒効果が高いためである。金粒子の当該反応に対する活性は、粒子径が小さいほど大きく、原子状態においても触媒活性を示す。そのため、金粒子の平均粒子径下限は特に限定されないが、例えば約0.3nm以上程度であってよい。なお、金粒子の平均粒子径とは、透過型電子顕微鏡にて測定した場合の平均粒子径をいうものとする。   The gold particles have an average particle diameter of 10 nm or less, preferably 5 nm or less. This is because in such an average particle size range, the catalytic effect of promoting the selective oxidation reaction (combustion reaction) of ethanol is high. The activity of the gold particles for the reaction is larger as the particle size is smaller, and shows catalytic activity even in an atomic state. Therefore, the lower limit of the average particle size of the gold particles is not particularly limited, but may be, for example, about 0.3 nm or more. The average particle diameter of the gold particles refers to an average particle diameter measured by a transmission electron microscope.

金粒子は、触媒成分の総質量を100%としたときに、0.02質量%以上であって12質量%以下の量で含まれ、5質量%以上であって、12質量%以下であることがより好ましい。ここで、触媒成分の総質量とは、金粒子、金属酸化物担体、並びに存在する場合は、後述する任意選択的な成分である助触媒の総質量をいうものとする。   The gold particles are contained in an amount of 0.02% by mass or more and 12% by mass or less when the total mass of the catalyst component is 100%, and 5% by mass or more and 12% by mass or less. Is more preferable. Here, the total mass of the catalyst component refers to the total mass of the gold particles, the metal oxide carrier, and, if present, the cocatalyst which is an optional component described later.

吸着層53は、任意選択的な成分として、助触媒を含むことが好ましい。助触媒の添加により、感度特性を保持したまま、耐久性などの他の特性を付与することができるためである。助触媒は、Fe、MnO、CeO、Co、NiO、ZrO、CuO、またはこれらの2以上の混合物から選択される金属酸化物であることが好ましく、例えば、エタノールを選択的に転化し、アセトンを転化しない活性の観点から、Fe、およびZrOを好ましく用いることができるが、これらには限定されない。 The adsorption layer 53 preferably contains a promoter as an optional component. This is because the addition of the cocatalyst can impart other characteristics such as durability while maintaining the sensitivity characteristics. The co-catalyst is preferably a metal oxide selected from Fe 2 O 3 , MnO 2 , CeO 2 , Co 3 O 4 , NiO, ZrO 2 , CuO, or a mixture of two or more thereof, for example, ethanol From the viewpoint of the activity of selectively converting and converting acetone, Fe 2 O 3 and ZrO 2 can be preferably used, but are not limited thereto.

助触媒は、触媒成分の総質量を100%としたときに、0.1質量%以上であって10質量%以下の量で含まれることが好ましく、0.1質量%質量%以上であって8質量%以下の量で含まれることがより好ましい。この添加範囲において、上記効果が顕著であるためである。助触媒添加量が0.1質量%より少ないと、上記効果を十分に発揮できない場合がある。   The cocatalyst is preferably contained in an amount of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less when the total mass of the catalyst components is 100%, and more preferably 0.1% by mass or more. More preferably, it is contained in an amount of 8% by mass or less. This is because the effect is remarkable in this addition range. If the added amount of the co-catalyst is less than 0.1% by mass, the above effect may not be sufficiently exhibited.

吸着層53には、その他に、バインダや骨材、その他の通常の添加剤成分を含んでもよい。例えば、シリカゾルバインダを、吸着層の総質量に対し、5質量%以上であって20質量%以下の量で含んでもよいが、特定の含有量には限定されない。また、本発明の吸着層53には、白金(Pt)や、パラジウム(Pd)は含まないことが好ましい場合がある。吸着層の総質量とは、触媒成分と、バインダや骨材、添加剤などの総質量であって、焼結、乾燥後にガスセンサに搭載された状態の質量をいうものとする。   In addition, the adsorption layer 53 may include a binder, an aggregate, and other usual additive components. For example, the silica sol binder may be contained in an amount of 5% by mass or more and 20% by mass or less based on the total mass of the adsorption layer, but is not limited to a specific content. In some cases, it is preferable that the adsorption layer 53 of the present invention does not contain platinum (Pt) or palladium (Pd). The total mass of the adsorption layer is the total mass of the catalyst component, the binder, the aggregate, the additive, and the like, and refers to the mass of the adsorption layer after being sintered and dried and mounted on the gas sensor.

このようなダイアフラム構造を有するガスセンサは、高断熱、低熱容量としうる構造である。また、ガスセンサは、電極、感知層、ヒータ層の各構成要素をMEMS(微小電気機械システム)等の技術により熱容量を小さくすることができる。したがって、ヒータ駆動時における温度の時間変化が速くなり、熱脱離をごく短時間で起こすことができる。なお、本発明は、ダイアフラム構造を有するガスセンサに限定されるものではなく、本明細書において説明する吸着層と感知層とを備え、ガスの検知が可能な任意のガスセンサを含むものとする。   The gas sensor having such a diaphragm structure is a structure that can have high heat insulation and low heat capacity. In the gas sensor, the heat capacity of each component of the electrode, the sensing layer, and the heater layer can be reduced by a technique such as MEMS (micro electro mechanical system). Therefore, the time change of the temperature at the time of driving the heater is fast, and the thermal desorption can be caused in a very short time. Note that the present invention is not limited to a gas sensor having a diaphragm structure, but includes any gas sensor that includes the adsorption layer and the sensing layer described in this specification and can detect gas.

(ガスセンサの製造方法)
本発明の一実施形態に係るガスセンサの製造方法について説明する。最初に、基板10の上に、熱絶縁支持層20を形成する。具体的には、基板10を熱酸化することにより、基板10の上に熱酸化膜21を形成することができる。続いて、熱酸化膜21の上に、プラズマCVD法により、窒化シリコン(Si)を堆積させ、支持膜22を形成する。続いて、支持膜22の上に、プラズマCVD法により、酸化シリコン(SiO)を堆積させ、熱絶縁膜23を形成することができる。
(Method of manufacturing gas sensor)
A method for manufacturing a gas sensor according to one embodiment of the present invention will be described. First, the heat insulating support layer 20 is formed on the substrate 10. Specifically, by thermally oxidizing the substrate 10, the thermal oxide film 21 can be formed on the substrate 10. Subsequently, silicon nitride (Si 3 N 4 ) is deposited on the thermal oxide film 21 by a plasma CVD method to form a support film 22. Subsequently, silicon oxide (SiO 2 ) is deposited on the support film 22 by a plasma CVD method, so that the heat insulating film 23 can be formed.

次に、熱絶縁支持層20の上に、ヒータ層30を形成する。具体的には、熱絶縁膜23の上に、スパッタ法により、平面視において貫通孔11が形成されている位置の中央部分にPt−W膜を形成し、ヒータ層30を形成することができる。このとき、例えばPt−W膜を形成する位置が開口したメタルマスク等を用いることができる。   Next, the heater layer 30 is formed on the heat insulating support layer 20. Specifically, a Pt-W film is formed on the heat insulating film 23 by a sputtering method at a central portion of the position where the through hole 11 is formed in a plan view, and the heater layer 30 can be formed. . At this time, for example, a metal mask or the like having an opening at the position where the Pt-W film is formed can be used.

次に、熱絶縁支持層20の上に、ヒータ層30を覆うように絶縁層40を形成する。具体的には、熱絶縁支持層20の上に、スパッタ法により、ヒータ層30の表面を覆うようにSiOを成膜し、絶縁層40を形成することができる。 Next, an insulating layer 40 is formed on the heat insulating support layer 20 so as to cover the heater layer 30. Specifically, the insulating layer 40 can be formed on the heat insulating support layer 20 by depositing SiO 2 so as to cover the surface of the heater layer 30 by a sputtering method.

次に、絶縁層40の上に、ガス検出層50を形成する。具体的には、絶縁層40の上に、スパッタ法により、Ptを成膜し、一対の電極層51を形成することができる。続いて、絶縁層40の上に、スパッタ法により、一対の電極層51と接触するようにSnOを成膜し、感知層52を形成する。 Next, the gas detection layer 50 is formed on the insulating layer 40. Specifically, a pair of electrode layers 51 can be formed by forming Pt on the insulating layer 40 by a sputtering method. Subsequently, SnO 2 is formed on the insulating layer 40 by a sputtering method so as to be in contact with the pair of electrode layers 51 to form the sensing layer 52.

続いて、電極層51及び感知層52の上に吸着層53を形成する。吸着層53の形成にあたって、上記金粒子、金属酸化物担体を少なくとも含み、任意選択的に助触媒、バインダ等を含んでもよい吸着層組成物を調製する。吸着層組成物は、まず、触媒成分を析出沈殿法により、具体的には以下の方法により調製することができる。金粒子の前駆体であるHAlClと、任意選択的に助触媒を構成する金属元素の硝酸塩とを含む水溶液中に金属酸化物担体とを分散し、適切なpH、例えば、pH6〜8程度に調整して一定時間撹拌する。これを、洗浄、ろ過、乾燥し、約350〜450℃にて、3〜5時間焼成する。このようにして得られた、金粒子及び任意選択的に助触媒を担持した金属酸化物に、これらの総量と同質量の有機溶剤を添加し、さらにシリカゾルバインダ等のバインダを添加することにより調製することができる。有機溶剤としては、エチレングリコールやグリセリン等を用いることができるが、これらには限定されない。また、触媒成分の調製において、金粒子の前駆体の添加量を変えることにより、金粒子の含有量を変化させることができる。このようにして得られる吸着層組成物のペーストを、スクリーン印刷法等により、所定の厚さに電極層51及び感知層52の上に吸着層53を形成し、350〜450℃で10〜13時間焼成することにより、吸着層53を形成することができる。吸着層53は、感知層52の表面に積層するように形成されてもよく、電極層51と感知層52の表面を被覆するように形成されても良い。 Subsequently, an adsorption layer 53 is formed on the electrode layer 51 and the sensing layer 52. In forming the adsorbing layer 53, an adsorbing layer composition containing at least the gold particles and the metal oxide carrier and optionally containing a co-catalyst, a binder and the like is prepared. The adsorption layer composition can be prepared by first depositing the catalyst component by a precipitation method, specifically, the following method. A metal oxide carrier is dispersed in an aqueous solution containing HAlCl 4 , a precursor of gold particles, and optionally a nitrate of a metal element constituting a co-catalyst, and adjusted to an appropriate pH, for example, about pH 6 to 8. Adjust and stir for a certain time. This is washed, filtered, dried and calcined at about 350 to 450 ° C. for 3 to 5 hours. Prepared by adding an organic solvent of the same mass as the total amount of these to the thus obtained metal oxide supporting gold particles and optionally a promoter, and further adding a binder such as a silica sol binder. can do. Examples of the organic solvent include ethylene glycol and glycerin, but are not limited thereto. In addition, in the preparation of the catalyst component, the content of the gold particles can be changed by changing the addition amount of the precursor of the gold particles. The paste of the adsorption layer composition thus obtained is formed on the electrode layer 51 and the sensing layer 52 to a predetermined thickness by a screen printing method or the like to form an adsorption layer 53. By firing for a time, the adsorption layer 53 can be formed. The adsorption layer 53 may be formed so as to be laminated on the surface of the sensing layer 52 or may be formed so as to cover the surfaces of the electrode layer 51 and the sensing layer 52.

次に、基板10に貫通孔11を形成する。具体的には、プラズマエッチング法により、基板10を裏面側(ガス検出層50が形成されていない側)からエッチングし、平面視においてガス検出層50が形成された位置を含む部分のSiを除去し、貫通孔11を形成することができる。このとき、熱酸化膜21が基板10に対して高いエッチング選択性を有しているので、熱酸化膜21はエッチングされることなく、基板10のみをエッチングすることができる。即ち、熱酸化膜21は、基板10をエッチングする際のエッチングストップ膜として機能する。   Next, a through hole 11 is formed in the substrate 10. Specifically, the substrate 10 is etched from the rear surface side (the side where the gas detection layer 50 is not formed) by plasma etching, and Si in a portion including the position where the gas detection layer 50 is formed in plan view is removed. Thus, the through hole 11 can be formed. At this time, since the thermal oxide film 21 has high etching selectivity with respect to the substrate 10, only the substrate 10 can be etched without etching the thermal oxide film 21. That is, the thermal oxide film 21 functions as an etching stop film when etching the substrate 10.

以上により、図1に示されるように、ダイアフラム構造を有するガスセンサを製造することができる。なお、ガスセンサの製造方法は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、電極層51及び感知層52を形成した後、基板10に貫通孔11を形成し、その後、感知層52を覆うように吸着層53を形成することもできる。   As described above, as shown in FIG. 1, a gas sensor having a diaphragm structure can be manufactured. Note that the method for manufacturing the gas sensor is an example, and the present invention is not limited to this. For example, after forming the electrode layer 51 and the sensing layer 52, the through hole 11 may be formed in the substrate 10, and then the adsorption layer 53 may be formed so as to cover the sensing layer 52.

(ガス検出方法)
本発明は別の実施形態によれば、上記の実施形態によるガスセンサを用いたガス検出方法に関する。かかるガス検出方法は、ガスセンサの作動方法ともいうことができる。本実施形態によるガス検出方法は、上記のガスセンサの吸着層を、200℃〜400℃に加熱して、前記感知層の電気的特性を得る検出工程を含む。
(Gas detection method)
According to another embodiment, the present invention relates to a gas detection method using the gas sensor according to the above embodiment. Such a gas detection method can also be called an operation method of a gas sensor. The gas detection method according to the present embodiment includes a detection step of heating the adsorption layer of the gas sensor to 200 ° C. to 400 ° C. to obtain the electrical characteristics of the sensing layer.

吸着層の加熱は、ヒータ層もしくは別の加熱装置により、吸着層53を200℃〜400℃に加熱することにより実施することができる。なお、図1に示すヒータ層30により加熱を行う場合には、ヒータ温度をこの範囲とすることができる。このような温度範囲でアセトンとエタノールの感度が異なる傾向を示すため、吸着層53において、エタノールを選択的に除去し、アセトンを感知層52に到達させることが可能となるためである。好適な温度範囲は、吸着層の組成によっても異なる場合があり、例えば、吸着層53が助触媒を含まない場合は、吸着層53を250〜350℃に加熱することが好ましく、280〜320℃に加熱することがより好ましい。金粒子の濃度によらず、約300℃前後でアセトンとエタノールの高い感度比を達成することが可能となるためである。吸着層が助触媒としてFeを含む場合には、吸着層を200℃を超えて、300℃に加熱することが好ましく、230℃〜270℃に加熱することがより好ましい。約250℃前後でアセトンとエタノールの高い感度比を達成することが可能となるためである。 The heating of the adsorption layer can be performed by heating the adsorption layer 53 to 200 ° C. to 400 ° C. with a heater layer or another heating device. When heating is performed by the heater layer 30 shown in FIG. 1, the heater temperature can be set in this range. This is because the sensitivity of acetone and ethanol tends to be different in such a temperature range, so that ethanol can be selectively removed from the adsorption layer 53 and the acetone can reach the sensing layer 52. A suitable temperature range may vary depending on the composition of the adsorption layer. For example, when the adsorption layer 53 does not contain a cocatalyst, the adsorption layer 53 is preferably heated to 250 to 350 ° C, and 280 to 320 ° C. It is more preferable to heat the mixture. This is because a high sensitivity ratio between acetone and ethanol can be achieved at about 300 ° C. regardless of the concentration of the gold particles. When the adsorption layer contains Fe 2 O 3 as a promoter, the adsorption layer is preferably heated to 300 ° C. above 200 ° C., and more preferably to 230 ° C. to 270 ° C. This is because a high sensitivity ratio between acetone and ethanol can be achieved at about 250 ° C.

感知層52の電気的特性は、駆動処理部により感知層52の電気抵抗値を読み出すことで得ることができる。この場合の感知層52の温度は、吸着層53の温度と実質的に同じとなる。   The electrical characteristics of the sensing layer 52 can be obtained by reading out the electrical resistance value of the sensing layer 52 by the drive processing unit. In this case, the temperature of the sensing layer 52 is substantially the same as the temperature of the adsorption layer 53.

かかる検出工程によれば、所定の温度範囲にすることで、吸着層53で、エタノールの酸化反応(燃焼反応)を促進する一方、アセトンをほとんど酸化しない。これにより、吸着層53では、アセトンに対してエタノールを選択的に酸化して除去することができる。そして、吸着層53において、感知層52に到達するエタノールを減少させ、アセトンを選択的に感知層52に到達させることができる。その結果、感知層52においてアセトンとエタノールとを分離して検知することができ、アセトンを正確に検知することができる。   According to such a detection step, by setting the temperature within a predetermined temperature range, the oxidation reaction (combustion reaction) of ethanol is promoted in the adsorption layer 53, but acetone is hardly oxidized. This allows the adsorption layer 53 to selectively oxidize and remove ethanol with respect to acetone. Then, in the adsorption layer 53, the amount of ethanol that reaches the sensing layer 52 can be reduced, and acetone can selectively reach the sensing layer 52. As a result, acetone and ethanol can be separately detected in the sensing layer 52, and acetone can be accurately detected.

上記検出工程の前に、感知層52及び吸着層53を、370℃〜500℃に加熱するクリーニング工程を含むことが好ましい。図1に示すヒータ層30により加熱を行う場合には、ヒータ温度をこの範囲とすることができる。370℃以上に加熱することにより、感知層表面の吸着物質を除去し、感知層を構成する金属酸化物半導体の表面に、酸素を化学吸着させることができる。370℃以上であれば上記の作用を行い、ガスセンサを検知に適した状態に清浄化することができ、例えば、400℃、450℃、500℃で実施することもできる。クリーニング工程は、例えば、20〜40秒周期で0.5〜2秒間駆動させる間欠駆動を5〜15分間継続することにより実施することができるが、これらの周期、駆動時間、継続時間は特定の範囲には限定されない。クリーニング工程の別の例としては、例えば連続駆動で数十秒から数分間駆動を継続することで実施することもできる。   It is preferable to include a cleaning step of heating the sensing layer 52 and the adsorption layer 53 to 370 ° C. to 500 ° C. before the detection step. When heating is performed by the heater layer 30 shown in FIG. 1, the heater temperature can be set in this range. By heating to 370 ° C. or higher, adsorbed substances on the surface of the sensing layer can be removed, and oxygen can be chemically adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor forming the sensing layer. If the temperature is 370 ° C. or higher, the above-described action can be performed, and the gas sensor can be cleaned in a state suitable for detection. The cleaning step can be performed, for example, by intermittently driving for 0.5 to 2 seconds at a cycle of 20 to 40 seconds and continuing for 5 to 15 minutes. The range is not limited. As another example of the cleaning step, for example, the driving can be performed by continuously driving for several tens of seconds to several minutes.

本実施形態によるガス検出方法によれば、吸着層でエタノールなどのアルコールを除去し、アセトンなどのケトンを正確に検知することができ、所定の温度範囲とすることにより、高感度のガス検知が可能となる。   According to the gas detection method according to the present embodiment, alcohol such as ethanol can be removed from the adsorption layer, and ketone such as acetone can be accurately detected. It becomes possible.

(実施例1)
本実施例では、図1に示すガスセンサを製造し、ガス感度特性を評価した。最初に、基板10として用いるSi基板を熱酸化することにより、Si基板の上に、熱酸化膜21となる熱酸化SiO膜を形成した。続いて、熱酸化SiO膜の上に、プラズマCVD法により、支持膜22となるCVD−Si膜及び熱絶縁膜23となるCVDSiO膜をこの順番に形成し、熱絶縁支持層20とした。
(Example 1)
In this example, the gas sensor shown in FIG. 1 was manufactured, and gas sensitivity characteristics were evaluated. First, a thermally oxidized SiO 2 film to be a thermally oxidized film 21 was formed on the Si substrate by thermally oxidizing the Si substrate used as the substrate 10. Subsequently, on the thermal oxide SiO 2 film by a plasma CVD method, a CVD SiO 2 film serving as a support film 22 to become CVD-Si 3 N 4 film and the thermally insulating layer 23 is formed in this order, the heat insulating support layer 20.

次に、CVD−SiO膜の上に、RFマグネトロンスパッタリング装置を用いたスパッタ法により、ヒータ層30となるPt−W膜を形成した。続いて、Pt−W膜の上に、RFマグネトロンスパッタリング装置を用いたスパッタ法により、絶縁層40となるSiO膜を形成した。 Next, a Pt-W film to be the heater layer 30 was formed on the CVD-SiO 2 film by a sputtering method using an RF magnetron sputtering device. Subsequently, an SiO 2 film serving as the insulating layer 40 was formed on the Pt-W film by a sputtering method using an RF magnetron sputtering device.

次に、SiO膜の上に、RFマグネトロンスパッタリング装置を用いたスパッタ法により、Arガス圧力が1Pa、基板温度が300℃、RFパワーが2W/cm2の条件で、膜厚が200nmの電極層51となるPt膜を形成した。 Next, an electrode layer having a thickness of 200 nm was formed on the SiO 2 film by sputtering using an RF magnetron sputtering apparatus under the conditions of an Ar gas pressure of 1 Pa, a substrate temperature of 300 ° C., and an RF power of 2 W / cm 2. A 51 Pt film was formed.

次に、SiO膜の上に、RFマグネトロンスパッタリング装置を用いた反応性スパッタ法により、Ar+Oガス圧力が2Pa、基板温度が150℃〜300℃、RFパワーが2W/cmの条件で、膜厚が400nmの感知層52となるSnO膜を形成した。このとき、ターゲット材としては、アンチモン(Sb)を0.1質量%含むSnOを用いた。 Next, on the SiO 2 film, an Ar + O 2 gas pressure is 2 Pa, a substrate temperature is 150 ° C. to 300 ° C., and an RF power is 2 W / cm 2 by a reactive sputtering method using an RF magnetron sputtering device. An SnO 2 film to be the sensing layer 52 having a thickness of 400 nm was formed. At this time, SnO 2 containing 0.1% by mass of antimony (Sb) was used as a target material.

次に吸着層53を調製した。γ―Al(平均粒径:1μm〜2μm)に析出沈殿法により金を添加した。すなわち前駆体であるHAuClを水に溶解させAlを加えた。pHを7に調整し、1hr攪拌した後、洗浄、ろ過、乾燥を行い、400℃にて4hr焼成を行った。このようにして調製した、Alを主成分とする金属酸化物担体に平均粒径が2.5〜3.5nmの金粒子を担持させた触媒(Au/Al触媒)に、有機溶剤を同重量添加し、さらにシリカゾルバインダを、吸着層の総質量に対し、実施例1−1では13質量%、実施例1−2〜実施例1−5では12質量%となるように添加して金濃度の異なるペーストを生成した。続いて、Pt膜及びSnO膜の上に、スクリーン印刷法により、厚さが約30μm、直径が約250μmの円形状となるようにペーストを塗布し、400℃で12時間焼成した。これにより、吸着層53として、金添加量がそれぞれ、2.2質量%(実施例1−1)、4.8質量%(実施例1−2)、9.9質量%(実施例1−3)、10.2質量%(実施例1−4)、10.4質量%(実施例1−5)と異なる、5種のAu−Al膜を形成した。なお、金の添加量(質量%)は、金、γ−Alを含む、焼成後の触媒成分の総質量を100%としたときの添加量をいうものとする。 Next, the adsorption layer 53 was prepared. Gold was added to γ-Al 2 O 3 (average particle size: 1 μm to 2 μm) by a precipitation method. That is, HAuCl 4 as a precursor was dissolved in water, and Al 2 O 3 was added. After adjusting the pH to 7 and stirring for 1 hour, washing, filtration and drying were performed, and calcination was performed at 400 ° C. for 4 hours. Thus prepared, Al 2 O 3 in the catalyst (Au / Al 2 O 3 catalyst) having an average particle size in the metal oxide support mainly is was supported gold particles 2.5~3.5nm the , An organic solvent is added by the same weight, and a silica sol binder is added in an amount of 13% by mass in Example 1-1 and 12% by mass in Examples 1-2 to 1-5 based on the total mass of the adsorption layer. To produce pastes with different gold concentrations. Subsequently, a paste was applied on the Pt film and the SnO 2 film by screen printing so as to form a circular shape having a thickness of about 30 μm and a diameter of about 250 μm, and was baked at 400 ° C. for 12 hours. Thereby, as the adsorption layer 53, the amount of gold added was 2.2% by mass (Example 1-1), 4.8% by mass (Example 1-2), and 9.9% by mass (Example 1). 3) Five kinds of Au—Al 2 O 3 films different from 10.2% by mass (Example 1-4) and 10.4% by mass (Example 1-5) were formed. The amount of gold added (% by mass) refers to the amount of gold, including γ-Al 2 O 3 , when the total mass of the calcined catalyst component is 100%.

次に、プラズマエッチング法により、Si基板を裏面側からエッチングし、平面視においてPt−W膜、Pt膜、SnO膜及びAu−Al膜が形成された位置を含む部分のSiを除去し、貫通孔11を形成した。以上により、図1に示されるように、ダイアフラム構造を有するガスセンサを製造した。 Next, the Si substrate is etched from the back surface side by a plasma etching method, and Si in a portion including a position where the Pt-W film, the Pt film, the SnO 2 film, and the Au—Al 2 O 3 film are formed in plan view is removed. By removing, the through-hole 11 was formed. As described above, a gas sensor having a diaphragm structure was manufactured as shown in FIG.

(実施例2)
実施例2では、実施例1と異なる材料、方法により吸着層を形成した点以外は、実施例1と同様にして、ガスセンサを製造した。具体的には、平均粒径が2.5nmの金粒子を8質量%、Feを0.5質量%添加したγ−Al(平均粒径:1μm〜2μm)に有機溶剤を同重量、さらにシリカゾルバインダを12質量%添加してペーストを生成した。続いて、Pt膜及びSnO膜の上に、スクリーン印刷法により、厚さが約30μm、直径が約250μmの円形状となるように生成したペーストを塗布し、400℃で12時間焼成することにより、吸着層に金粒子とFeを担持したAu/Fe−Al膜を形成した。
(Example 2)
In Example 2, a gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the adsorbing layer was formed using a material and a method different from those in Example 1. Specifically, an organic solvent is added to γ-Al 2 O 3 (average particle size: 1 μm to 2 μm) to which 8% by mass of gold particles having an average particle size of 2.5 nm and 0.5% by mass of Fe 2 O 3 are added. And the same weight, and further 12% by mass of a silica sol binder were added to form a paste. Subsequently, a paste formed to have a circular shape with a thickness of about 30 μm and a diameter of about 250 μm is applied on the Pt film and the SnO 2 film by a screen printing method, and baked at 400 ° C. for 12 hours. As a result, an Au / Fe—Al 2 O 3 film carrying gold particles and Fe 2 O 3 in the adsorption layer was formed.

(比較例1)
比較例1では、金を用いることなく吸着層を形成した点以外は、実施例1と同様にして、ガスセンサを製造した。具体的には、パラジウム(Pd)を7.0質量%添加したγ−Al(平均粒径:2μm〜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、さらにシリカゾルバインダを11質量%添加してペーストを生成した。続いて、Pt膜及びSnO膜の上に、スクリーン印刷法により、厚さが約30μm、直径が約250μmの円形状となるように生成したペーストを塗布し、500℃で12時間焼成した。これにより、吸着層にPd粒子を担持したAl(Pd−Al)膜を形成した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the adsorption layer was formed without using gold. Specifically, diethylene glycol monoethyl ether is added to γ-Al 2 O 3 (average particle size: 2 μm to 3 μm) to which 7.0 mass% of palladium (Pd) is added, and 11 mass% of silica sol binder is further added. To produce a paste. Subsequently, a paste formed to have a circular shape with a thickness of about 30 μm and a diameter of about 250 μm was applied on the Pt film and the SnO 2 film by screen printing, and baked at 500 ° C. for 12 hours. Thus, an Al 2 O 3 (Pd-Al 2 O 3 ) film carrying Pd particles on the adsorption layer was formed.

(比較例2)
比較例2では、触媒を含まない吸着層を形成した点以外は、実施例1と同様にして、ガスセンサを製造した。具体的には、触媒を添加せず、γ−Al(平均粒径:2μm〜3μm)単独にジエチレングリコールモノエチルエーテルを同重量、さらにシリカゾルバインダを15質量%添加してペーストを生成した。続いて、Pt膜及びSnO膜の上に、スクリーン印刷法により、厚さが約30μm、直径が約250μmとなるように生成したペーストを塗布し、500℃で12時間焼成した。これにより、吸着層に触媒を含まないAl膜を形成した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that an adsorption layer containing no catalyst was formed. Specifically, a paste was formed by adding γ-Al 2 O 3 (average particle size: 2 μm to 3 μm) alone with the same weight of diethylene glycol monoethyl ether and further adding 15% by mass of a silica sol binder without adding a catalyst. . Subsequently, a paste formed to a thickness of about 30 μm and a diameter of about 250 μm was applied on the Pt film and the SnO 2 film by screen printing, and baked at 500 ° C. for 12 hours. Thus, an Al 2 O 3 film containing no catalyst was formed in the adsorption layer.

(評価)
次に、実施例1、2、比較例1、2で製造したガスセンサを、30秒周期で1秒間駆動させる間欠駆動を、ガスセンサのヒータ温度を400℃として10分間継続した後、ヒータ温度を変化させ、ガスセンサ(感知層52)の抵抗値が安定した状態での抵抗値を測定した。また、測定した抵抗値からガス感度を算出した。ガス感度は、アセトン及びエタノールを含まない清浄空気雰囲気におけるガスセンサの抵抗値をRair、所定の濃度のアセトン又はエタノールを含むガス雰囲気におけるガスセンサの抵抗値をRgasとしたときに、Rair/Rgasにより算出される値である。
(Evaluation)
Next, after intermittently driving the gas sensors manufactured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 at a cycle of 30 seconds for 1 second at a heater temperature of the gas sensor of 400 ° C. for 10 minutes, the heater temperature was changed. Then, the resistance value of the gas sensor (sensing layer 52) in a state where the resistance value was stabilized was measured. The gas sensitivity was calculated from the measured resistance value. The sensitivity is the resistance of the gas sensor in clean air atmosphere containing no acetone and ethanol R air, the resistance value of the gas sensor in a gas atmosphere containing acetone or ethanol predetermined concentration when the R gas, R air / R It is a value calculated by gas .

図2〜図7は実施例のガスセンサの感度特性を、図8は比較例1のガスセンサの感度特性を、図9は比較例2のガスセンサの感度特性を、それぞれ説明するグラフである。グラフでは、1ppmの濃度のアセトンを含むガス雰囲気での感度の温度依存性、及び、1ppmの濃度のエタノールを含むガス雰囲気での感度の温度依存性を示した。横軸はガスセンサのヒータ温度(℃)を示し、縦軸はガスセンサの感度Rair/Rgasを示す。また、グラフ中の白丸印はアセトンの感度の温度依存性を示し、黒丸印はエタノールの感度の温度依存性を示す。 2 to 7 are graphs for explaining the sensitivity characteristics of the gas sensor of the embodiment, FIG. 8 is a graph for explaining the sensitivity characteristics of the gas sensor of Comparative Example 1, and FIG. 9 is a graph for explaining the sensitivity characteristics of the gas sensor of Comparative Example 2. The graph shows the temperature dependence of the sensitivity in a gas atmosphere containing 1 ppm of acetone and the temperature dependence of the sensitivity in a gas atmosphere containing 1 ppm of ethanol. The horizontal axis shows the heater temperature (° C.) of the gas sensor, and the vertical axis shows the sensitivity R air / R gas of the gas sensor. The white circles in the graph show the temperature dependence of the sensitivity of acetone, and the black circles show the temperature dependence of the sensitivity of ethanol.

図2〜図6は実施例1のガスセンサの感度特性を示す。図2に示されるように、ガスセンサのヒータが250℃〜350℃の範囲において、アセトンの感度とエタノールの感度とが異なる傾向を示し、アセトンの感度がエタノールの感度よりも高くなっていることが分かる。これは、平均粒径が5nm以下である金粒子が添加されたγ−Alにより、250℃〜350℃の範囲でエタノールが酸化され、アセトンがほとんど酸化されないためであると考えられる。よって、実施例1のガスセンサでは、アセトンの感度とエタノールの感度との差を利用して、アセトンとエタノールとを区別して検知することができる。 2 to 6 show the sensitivity characteristics of the gas sensor according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, when the heater of the gas sensor is in a range of 250 ° C. to 350 ° C., the sensitivity of acetone and the sensitivity of ethanol tend to be different, and the sensitivity of acetone is higher than the sensitivity of ethanol. I understand. This is considered to be because ethanol is oxidized in the range of 250 ° C. to 350 ° C. by γ-Al 2 O 3 to which gold particles having an average particle diameter of 5 nm or less are added, and acetone is hardly oxidized. Therefore, in the gas sensor according to the first embodiment, the difference between the sensitivity of acetone and the sensitivity of ethanol can be used to distinguish and detect acetone and ethanol.

図3〜図6からは、特に、金粒子の添加量の増加に伴い、アセトン感度とエタノール感度の差が大きくなる傾向が見えており、金粒子の添加量を増やすことにより、よりエタノールの影響を受けずにアセトンを検知することが可能となる。実施例1のガスセンサにおける、アセトン感度とエタノール感度の比を表1に示す。感度比は、金粒子の添加量にかかわらず、250℃と350℃の間で増大している傾向がみられた。   FIGS. 3 to 6 show that the difference between the acetone sensitivity and the ethanol sensitivity tends to increase particularly with the increase in the amount of gold particles added, and the effect of ethanol is further increased by increasing the amount of gold particles added. Acetone can be detected without receiving the noise. Table 1 shows the ratio of the sensitivity of acetone to the sensitivity of ethanol in the gas sensor of Example 1. The sensitivity ratio tended to increase between 250 ° C. and 350 ° C. regardless of the amount of gold particles added.

表1の300℃の感度比のプロットを図10に示す。金粒子の添加量を増加させることにより感度比がより大きくなる傾向がみられた。   A plot of the sensitivity ratio at 300 ° C. in Table 1 is shown in FIG. The sensitivity ratio tended to be increased by increasing the amount of gold particles added.

図7は、実施例2のガスセンサの感度特性を説明するグラフである。図7に示されるように、ガスセンサのヒータ温度が200℃〜400℃の範囲において、アセトンの感度とエタノールの感度とが異なる傾向を示し、アセトンの感度がエタノールの感度よりも高くなった。   FIG. 7 is a graph illustrating the sensitivity characteristics of the gas sensor according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, when the heater temperature of the gas sensor was in the range of 200 ° C. to 400 ° C., the sensitivity of acetone and the sensitivity of ethanol tended to be different, and the sensitivity of acetone became higher than the sensitivity of ethanol.

表2に、実施例2のアセトン感度とエタノール感度の比を示す。実施例2のように、金粒子に加え、助触媒を含む組成をもつ感知層とすることで、実施例1に比べてガス検知時のヒータ温度を低温化することが可能である。   Table 2 shows the ratio between the acetone sensitivity and the ethanol sensitivity of Example 2. As in the second embodiment, by using a sensing layer having a composition containing a promoter in addition to the gold particles, the heater temperature at the time of gas detection can be lower than in the first embodiment.

図8は、比較例1のガスセンサの感度特性を説明するための図である。図8に示されるように、ガスセンサのヒータ温度がアセトンに対する感度が高い温度範囲(100℃〜300℃)においてアセトンの感度とエタノールの感度とがほぼ同一の傾向を示していることが分かる。これは、吸着層にはPdが触媒として添加されているが、アセトンに対する感度が高い温度範囲では、アセトンの酸化反応及びエタノールの酸化反応のいずれもほとんど起こらないためであると考えられる。このため、比較例1のガスセンサでは、アセトンとエタノールとを区別して検知することができない。   FIG. 8 is a diagram for explaining the sensitivity characteristics of the gas sensor of Comparative Example 1. As shown in FIG. 8, it can be seen that the sensitivity of acetone and the sensitivity of ethanol show almost the same tendency in a temperature range where the heater temperature of the gas sensor is high in sensitivity to acetone (100 ° C. to 300 ° C.). This is considered to be because although Pd was added to the adsorption layer as a catalyst, in the temperature range where the sensitivity to acetone was high, neither the oxidation reaction of acetone nor the oxidation reaction of ethanol almost occurred. Therefore, the gas sensor of Comparative Example 1 cannot detect acetone and ethanol separately.

図9は、比較例2のガスセンサの感度特性を説明するための図である。図9においても、図8と同様、ガスセンサのヒータ温度がアセトンに対する感度が高い温度範囲(100℃〜300℃)においてアセトンの感度とエタノールの感度とがほぼ同一の傾向を示していることが分かる。これは、吸着層が触媒を含んでいないため、アセトンの酸化反応及びエタノールの酸化反応のいずれもほとんど起こらないためであると考えられる。このため、比較例2のガスセンサでは、アセトンとエタノールとを区別して検知することができない。   FIG. 9 is a diagram for explaining the sensitivity characteristics of the gas sensor of Comparative Example 2. 9, it can be seen that, similarly to FIG. 8, in the temperature range where the heater temperature of the gas sensor is high in sensitivity to acetone (100 ° C. to 300 ° C.), the sensitivity of acetone and the sensitivity of ethanol show almost the same tendency. . This is considered to be because both the oxidation reaction of acetone and the oxidation reaction of ethanol hardly occur because the adsorption layer contains no catalyst. Therefore, the gas sensor of Comparative Example 2 cannot detect acetone and ethanol separately.

(試験例)
本試験例では、本発明に係るセンサに用いる触媒成分を用いて、アセトンとエタノールの転化率を検証した。
(Test example)
In this test example, the conversion ratio of acetone and ethanol was verified using the catalyst component used for the sensor according to the present invention.

(試験例1.金担持量とエタノール及びアセトン転化率の関係)
析出沈殿法(DP)にて、Alを主成分とする金属酸化物担体に金を担持させた触媒(Au/Al触媒)の調製を行った。前駆体HAuClを溶解させた水溶液にAl担体を加え、NaOH水溶液を用いてpHを7に調節し、1h攪拌した後、洗浄、ろ過、乾燥を行った。得られた触媒を400℃にて4h焼成を行った。Al担体としては、ハイジライト(昭和電工 H43M)の800℃、5h焼成品したものを用いた。水溶液量は、Alの1gに対し50mLとした。金前駆体水溶液はHAuClを50mLの水溶液に対し,所定の仕込み重量になるように溶解させ用いた。
(Test Example 1. Relationship between gold carrying amount and conversion of ethanol and acetone)
A catalyst (Au / Al 2 O 3 catalyst) in which gold was supported on a metal oxide carrier containing Al 2 O 3 as a main component was prepared by a precipitation precipitation method (DP). An Al 2 O 3 carrier was added to the aqueous solution in which the precursor HAuCl 4 was dissolved, the pH was adjusted to 7 using an aqueous NaOH solution, and the mixture was stirred for 1 h, followed by washing, filtration, and drying. The obtained catalyst was calcined at 400 ° C. for 4 hours. As the Al 2 O 3 support, a product obtained by calcining Hygilite (Showa Denko H43M) at 800 ° C. for 5 hours was used. The amount of the aqueous solution was 50 mL per 1 g of Al 2 O 3 . The aqueous solution of the gold precursor was prepared by dissolving HAuCl 4 in a 50 mL aqueous solution to a predetermined charged weight.

気相流通式反応装置において、上記方法にて調製したAu/Al触媒0.048gに、2000ppmのエタノールおよび400ppmのアセトン、20vol%の酸素、窒素をバランスガスとして含む気体を、50mL min−1にて通過させ、通過後のガスを水素炎イオン化型検出器(Flame Ionization Detector:FID)付きガスクロマトグラフにて分析した。触媒の温度は250℃とした。この実験手法により、本発明の図1に示される吸着層53を通過するガス成分を模擬的に試験することが可能であり、得られるエタノール転化率、アセトン転化率の値は、ガスセンサ感度と相関性がある。 In a gas-phase flow reactor, 50 mL min of a gas containing 2000 ppm of ethanol, 400 ppm of acetone, 20 vol% of oxygen and nitrogen as a balance gas was added to 0.048 g of the Au / Al 2 O 3 catalyst prepared by the above method. -1 and the gas after passing was analyzed by a gas chromatograph equipped with a flame ionization detector (FID). The temperature of the catalyst was 250 ° C. By this experimental method, it is possible to simulate the gas component passing through the adsorption layer 53 shown in FIG. 1 of the present invention, and the values of the ethanol conversion and the acetone conversion obtained are correlated with the gas sensor sensitivity. There is.

表3及び図11に、触媒成分における金の担持量と、エタノール転化率、アセトン転化率を示す。エタノール転化率%は、[(初期のエタノール濃度−触媒通過後のエタノール濃度)/初期のエタノール濃度]*100で求められる値である。アセトン転化率%は、[(初期のアセトン濃度−触媒通過後のアセトン濃度)/初期のアセトン濃度]*100で求められる値である。本発明の金担持量の範囲にて、金を用いない場合と比較して、エタノール転化率が高くなり、かつアセトン転化率を低いままとすることができ、ガスセンサにおいてアセトンの選択的な検出が可能であることが示唆された。   Table 3 and FIG. 11 show the supported amounts of gold in the catalyst components, ethanol conversion, and acetone conversion. The ethanol conversion% is a value determined by [(initial ethanol concentration-ethanol concentration after passing through catalyst) / initial ethanol concentration] * 100. The acetone conversion% is a value determined by [(initial acetone concentration-acetone concentration after passing through catalyst) / initial acetone concentration] * 100. In the range of the supported amount of gold of the present invention, the ethanol conversion rate is higher and the acetone conversion rate can be kept low as compared with the case where gold is not used. It was suggested that it was possible.

(試験例2.金担持量とエタノール及びアセトン転化率、並びに温度の関係)
先の触媒例a、b、及びiを用いて、触媒温度を変化させた以外は試験例1同様の実験条件にて、エタノール転化率%及びアセトン転化率を測定した。結果を図12に示す。この結果から、アセトン転化率とエタノール転化率の差が大きくなり、かつエタノール転化率が充分に大きくなる温度領域は触媒の金担持量によって異なるものの、所定の温度領域において、ガスセンサとした場合にアセトンの選択的な検出が可能であることが示唆された。
(Test Example 2. Relationship between gold loading, ethanol and acetone conversion, and temperature)
Ethanol conversion% and acetone conversion were measured under the same experimental conditions as in Test Example 1 except that the catalyst temperature was changed using Catalyst Examples a, b, and i above. The result is shown in FIG. From this result, the temperature range where the difference between the acetone conversion rate and the ethanol conversion rate is large and the ethanol conversion rate is sufficiently large depends on the amount of gold supported on the catalyst. It was suggested that selective detection of is possible.

(試験例3.金粒径とエタノール及びアセトン転化率)
試験例1と同様の方法で、金担持量を2.1質量%としたAu/Al触媒を調製し、触媒例jとした。触媒例jと同様の方法で得たAu/Al触媒を、600℃で4時間再焼成したものを触媒例l、700℃で4時間再焼成したものを触媒例m、800℃で4時間再焼成したものを触媒例nとした。いずれの触媒も、仕込み量は4質量%、金担持量は2.1質量%とした。次いで、これらの触媒を用いて、試験例1と同様の実験条件で、触媒温度を250℃とし、エタノール及びアセトンの転化率を測定した。
(Test Example 3. Gold particle size and conversion of ethanol and acetone)
In the same manner as in Test Example 1, an Au / Al 2 O 3 catalyst with a supported gold amount of 2.1% by mass was prepared, and used as Catalyst Example j. The Au / Al 2 O 3 catalyst obtained in the same manner as in Catalyst Example j was refired at 600 ° C. for 4 hours, and the catalyst was refired at 700 ° C. for 4 hours. After recalcining for 4 hours, this was designated as catalyst example n. In each case, the charged amount was 4% by mass, and the gold carrying amount was 2.1% by mass. Next, using these catalysts, under the same experimental conditions as in Test Example 1, the catalyst temperature was set to 250 ° C., and the conversions of ethanol and acetone were measured.

表4及び図12に、触媒成分における金の粒子径と、エタノール転化率、アセトン転化率を示す。本発明の金粒子径の範囲にて、エタノール転化率が、かつアセトン転化率が低い活性とすることができた。   Table 4 and FIG. 12 show the gold particle diameter, ethanol conversion, and acetone conversion in the catalyst components. Within the range of the gold particle diameter according to the present invention, the activity with a low ethanol conversion and a low acetone conversion could be obtained.

(試験例4.助触媒Fe添加効果)
助触媒としてFeを含む触媒成分を調製した。γ−Al(製品名:H43Mハイジライト)を、所定量の金属硝酸塩(硝酸鉄(III)九水和物)を溶解させた水溶液に分散させ蒸発乾固させ、得られた粉末を600℃にて4時間焼成することにより、Alを主成分とする金属酸化物担体に助触媒を含浸担持した。次いで、前駆体HAuClを溶解させた水溶液に、助触媒Feを担持したAl担体(Fe/Al)を加え、NaOH水溶液を用いてpHを7に調節し、1h攪拌した後、洗浄、ろ過、乾燥を行った。得られた触媒を400℃にて4h焼成を行った。水溶液量は、Alの1gに対し50mLとし、金前駆体水溶液はHAuClを50mLの水溶液に対し、所定の仕込み重量になるように溶解させ用いた。次いで、これらの触媒成分を用いて、試験例1と同様の実験条件で、触媒温度を250℃とし、エタノール及びアセトンの転化率を測定した。
(Test Example 4. Effect of adding cocatalyst Fe 2 O 3 )
A catalyst component containing Fe 2 O 3 was prepared as a promoter. γ-Al 2 O 3 (product name: H43M Hygilite) is dispersed in an aqueous solution in which a predetermined amount of a metal nitrate (iron (III) nitrate nonahydrate) is dissolved, and the resultant powder is evaporated to dryness. By firing at 600 ° C. for 4 hours, the co-catalyst was impregnated and supported on a metal oxide carrier mainly composed of Al 2 O 3 . Next, an Al 2 O 3 carrier (Fe 2 O 3 / Al 2 O 3 ) supporting a co-catalyst Fe 2 O 3 was added to the aqueous solution in which the precursor HAuCl 4 was dissolved, and the pH was adjusted to 7 using an aqueous NaOH solution. After adjusting and stirring for 1 h, washing, filtration and drying were performed. The obtained catalyst was calcined at 400 ° C. for 4 hours. The amount of the aqueous solution was 50 mL per gram of Al 2 O 3 , and the aqueous gold precursor solution was prepared by dissolving HAuCl 4 in a 50 mL aqueous solution so as to have a predetermined charged weight. Next, using these catalyst components, under the same experimental conditions as in Test Example 1, the catalyst temperature was set to 250 ° C., and the conversions of ethanol and acetone were measured.

表5及び図13に、触媒成分における助触媒の含有量と、エタノール転化率、アセトン転化率との関係を示す。助触媒の含有量が所定の範囲にて、エタノール転化率が、かつアセトン転化率が低い活性とすることができた。   Table 5 and FIG. 13 show the relationship between the content of the cocatalyst in the catalyst components, the ethanol conversion, and the acetone conversion. When the content of the cocatalyst was within a predetermined range, the activity could be reduced to an ethanol conversion rate and an acetone conversion rate.

(試験例5.助触媒ZrO添加効果)
金属硝酸塩として、オキシ硝酸ジルコニウムを用いた以外は試験例4と同様にして、助触媒としてZrOを含む触媒成分を調製した。金前駆体水溶液はHAuClを50mLの水溶液に対し、所定の仕込み重量になるように溶解させ用いた。次いで、これらの触媒成分を用いて、試験例1と同様の実験条件で、触媒温度を250℃とし、エタノール及びアセトンの転化率を測定した。
(Test Example 5. Effect of Cocatalyst Addition of ZrO 2 )
A catalyst component containing ZrO 2 as a promoter was prepared in the same manner as in Test Example 4 except that zirconium oxynitrate was used as the metal nitrate. The aqueous solution of the gold precursor was prepared by dissolving HAuCl 4 in a 50 mL aqueous solution to a predetermined charged weight. Next, using these catalyst components, under the same experimental conditions as in Test Example 1, the catalyst temperature was set to 250 ° C., and the conversions of ethanol and acetone were measured.

表6及び図14に、触媒成分における助触媒の含有量と、エタノール転化率、アセトン転化率との関係を示す。助触媒の含有量が所定の範囲にて、エタノール転化率が、かつアセトン転化率が低い活性とすることができた。   Table 6 and FIG. 14 show the relationship between the content of the cocatalyst in the catalyst components, the ethanol conversion, and the acetone conversion. When the content of the cocatalyst was within a predetermined range, the activity could be reduced to an ethanol conversion rate and an acetone conversion rate.

(試験例6.助触媒添加効果)
金属硝酸塩として、下記表に示す金属酸化物を構成する金属の硝酸塩を用いた以外は試験例4、5と同様にして、各助触媒を含む触媒成分を調製した。金前駆体水溶液はHAuClを50mLの水溶液に対し、所定の仕込み重量になるように溶解させ用いた。次いで、これらの触媒成分を用いて、試験例1と同様の実験条件で、エタノール及びアセトンの転化率を測定した。触媒温度は250℃とし、助触媒として1質量%のCuOを担持した触媒例viについては、触媒温度213℃におけるエタノール及びアセトンの転化率も測定した。
(Test Example 6. Effect of Cocatalyst Addition)
Catalyst components containing each cocatalyst were prepared in the same manner as in Test Examples 4 and 5, except that nitrates of metals constituting metal oxides shown in the following table were used as metal nitrates. The aqueous solution of the gold precursor was prepared by dissolving HAuCl 4 in a 50 mL aqueous solution to a predetermined charged weight. Next, the conversion of ethanol and acetone was measured using these catalyst components under the same experimental conditions as in Test Example 1. The catalyst temperature was 250 ° C., and the conversion of ethanol and acetone at a catalyst temperature of 213 ° C. was also measured for the catalyst example vi supporting 1% by mass of CuO as a promoter.

表7に、触媒成分における助触媒の種類並びに含有量と、エタノール転化率、アセトン転化率、触媒温度との関係を示す。表に示す各助触媒を添加した場合も、エタノール転化率とアセトン転化率の差がみられ、ガスセンサの吸着層成分として機能し得ることが示された。
Table 7 shows the relationship between the type and content of the co-catalyst in the catalyst component, the ethanol conversion, the acetone conversion, and the catalyst temperature. Even when each of the cocatalysts shown in the table was added, the difference between the ethanol conversion rate and the acetone conversion rate was observed, indicating that the catalyst could function as an adsorption layer component of the gas sensor.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications may be made within the scope of the present invention described in the appended claims.・ Change is possible.

本発明に係るガスセンサは、電池駆動を念頭においた低消費電力型のMEMS固体ガスセンサとして有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The gas sensor according to the present invention is useful as a low-power-consumption type MEMS solid-state gas sensor with battery driving in mind.

10 基板
11 貫通孔
20 熱絶縁支持層
21 熱酸化膜
22 支持膜
23 熱絶縁膜
30 ヒータ層
40 絶縁層
50 ガス検出層
51 電極層
52 感知層
53 吸着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 Through-hole 20 Thermal insulation support layer 21 Thermal oxide film 22 Support film 23 Thermal insulation film 30 Heater layer 40 Insulation layer 50 Gas detection layer 51 Electrode layer 52 Sensing layer 53 Adsorption layer

Claims (10)

検出対象ガスと非検出対象ガスとを含むガスを吸着する吸着層と、
前記吸着層に覆われ、前記吸着層を通過した前記検出対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する感知層と
を備え、
前記吸着層が、金粒子と、前記金粒子を担持した金属酸化物担体とを含む触媒成分を含み、
前記金粒子の平均粒子径が10nm以下であり、前記金粒子が、前記触媒成分の総質量を100%としたときに、0.02質量%以上であって12質量%以下の量で含まれている、ガスセンサ。
An adsorption layer that adsorbs a gas containing a detection target gas and a non-detection target gas,
A sensing layer that is covered by the adsorption layer and has an electrical characteristic that changes according to the concentration of the detection target gas that has passed through the adsorption layer;
The adsorption layer includes a catalyst component including gold particles and a metal oxide carrier supporting the gold particles,
The average particle diameter of the gold particles is 10 nm or less, and the gold particles are contained in an amount of 0.02% by mass or more and 12% by mass or less when the total mass of the catalyst component is 100%. Have a gas sensor.
前記触媒成分が、Fe、MnO、CeO、Co、NiO、ZrO、CuOからなる群より選択される1以上の助触媒をさらに含む、請求項1に記載のガスセンサ。 Said catalyst component, Fe 2 O 3, MnO 2 , CeO 2, Co 3 O 4, NiO, further comprising one or more co-catalysts selected from the group consisting of ZrO 2, CuO, gas sensor according to claim 1 . 前記助触媒が、前記触媒成分の総質量を100%としたときに、0.1質量%以上であって10質量%以下の量で含まれている、請求項2に記載のガスセンサ。   3. The gas sensor according to claim 2, wherein the cocatalyst is contained in an amount of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less when the total mass of the catalyst component is 100%. 前記吸着層を加熱するヒータ層をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, further comprising a heater layer that heats the adsorption layer. 前記金属酸化物担体が、Al、ZrO、CeO、Cr、Fe、NiOからなる群より選択される1以上の金属酸化物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ。 The metal oxide support comprises Al 2 O 3, ZrO 2, CeO 2, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, 1 or more metal oxide selected from the group consisting of NiO, claims 1 to 4 The gas sensor according to claim 1. 前記感知層が、金属酸化物半導体を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein the sensing layer includes a metal oxide semiconductor. 前記金属酸化物半導体が、SnO、In、WO、ZnO、TiOからなる群より選択される1以上の金属酸化物を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ。 The metal oxide semiconductor according to claim 1, wherein the metal oxide semiconductor includes one or more metal oxides selected from the group consisting of SnO 2 , In 2 O 3 , WO 3 , ZnO, and TiO 2. Gas sensor. 前記検出対象ガスがケトンであり、前記非検出対象ガスがアルコールである、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein the detection target gas is ketone, and the non-detection target gas is alcohol. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のガスセンサを用いたガス検出方法であって、
前記吸着層を200℃〜400℃に加熱して、前記感知層の電気的特性を得る検出工程を含む方法。
A gas detection method using the gas sensor according to any one of claims 1 to 8,
A method comprising heating the adsorbing layer to 200 ° C. to 400 ° C. to obtain electrical characteristics of the sensing layer.
前記検出工程の前に、前記吸着層及び前記感知層を370℃〜500℃に加熱するクリーニング工程を含む、請求項9に記載のガス検出方法。   The gas detection method according to claim 9, further comprising a cleaning step of heating the adsorption layer and the sensing layer to 370 ° C. to 500 ° C. before the detection step.
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