JP2020204486A - ガスセンサ、及びガスセンサの製造方法 - Google Patents
ガスセンサ、及びガスセンサの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020204486A JP2020204486A JP2019111203A JP2019111203A JP2020204486A JP 2020204486 A JP2020204486 A JP 2020204486A JP 2019111203 A JP2019111203 A JP 2019111203A JP 2019111203 A JP2019111203 A JP 2019111203A JP 2020204486 A JP2020204486 A JP 2020204486A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- graphene
- graphene layer
- metal phthalocyanine
- gas sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
図1に示すように、グラフェンは、グラファイトの一原子層に相当するシート状の物質であって、炭素原子が蜂の巣状に結合した結晶構造を持つ。このような結晶構造に起因してグラフェンの比表面積はグラファイトのそれよりも大きくなり、外界の雰囲気等にグラフェンの電子状態が大きく影響されることになる。この特徴を利用すれば、大気や呼気に含まれる特定のガスでグラフェンの電子状態が変化し、そのガスを検出することができると考えられる。
図3に示すように、ゲート電極7の仕事関数φmは、真空準位E0とフェルミ準位EFとの差で定義される。シリコン基板2においては、価電子帯BSVと伝導帯BSCとの間のバンドギャップGにそのフェルミ準位EFが位置しており、そのフェルミ準位EFと真空準位E1との差がシリコン基板2の仕事関数φsとなる。
本実施形態に係るガスセンサについて、その製造工程を追いながら説明する。そのガスセンサはグラフェン層を利用して一酸化窒素を検出する。そこで、まずグラフェン層の形成方法について説明する。
まず、電極形状の開口を備えたレジスト層(不図示)を半導体基板30の上側に形成し、更にその開口内に蒸着法でアルミニウム層を10nm〜1000nm程度の厚さに形成する。そして、レジスト層を除去することによりソース領域31とドレイン領域32の各々の上のアルミニウム層をソース電極37及びドレイン電極38にすると共に、グラフェン層21の上のアルミニウム層をゲート電極39とする。このような電極のパターニング方法はリフトオフ法とも呼ばれる。
なお、図9では金属フタロシアニン層40を省いてある。また、前述の図8は、図9のI−I線に沿う断面図に相当する。
図10は、ガスセンサ50の使用方法について説明するための断面図である。
図17(a)〜(c)は、金属フタロシアニン層40として銅フタロシアニン層を形成したときのシミュレーション結果を示すエネルギバンド図である。
図18(a)〜(c)は、金属フタロシアニン層40としてニッケルフタロシアニン層を形成したときのシミュレーション結果を示すエネルギバンド図である。
図19(a)〜(c)は、金属フタロシアニン層40としてコバルトフタロシアニン層を形成したときのシミュレーション結果を示すエネルギバンド図である。
図20(a)〜(c)は、金属フタロシアニン層40としてマンガンフタロシアニン層を形成したときのシミュレーション結果を示すエネルギバンド図である。
図21(a)〜(c)は、金属フタロシアニン層40としてクロムフタロシアニン層を形成したときのシミュレーション結果を示すエネルギバンド図である。
図22(a)〜(c)は、金属フタロシアニン層40としてチタンフタロシアニン層を形成したときのシミュレーション結果を示すエネルギバンド図である。
なお、図23においては、前述のフェルミ準位EFの変化量ΔEFの他に、結合エネルギEbinとドレイン電流の変化量をId2/Id1も併記してある。このうち、結合エネルギEbinは、金属フタロシアニン層40と一酸化窒素のガス分子48との間の結合エネルギである。その結合エネルギEbinは、クロムフタロシアニン層40において特に強くなっており、一酸化窒素のガス分子48がクロム原子に吸着することが示唆された。
ガスセンサでガス分子を検出した後は、加熱によりガス分子をガスセンサから脱離させるリフレッシュを行い、ガスセンサを再利用できるようにするのが好ましい。本実施形態では、リフレッシュによってガス分子を脱離させ易いガスセンサについて説明する。
まず、第1実施形態の図5(a)〜(c)の工程を行うことにより、支持層22の上にグラフェン層21が形成された構造を作製する。そして、そのグラフェン層21の裏面21bを金属フタロシアニン層40に密着させ、支持層22を押圧することにより、金属フタロシアニン層40にグラフェン層21を圧着する。
本実施形態では、第2実施形態とは異なる方法でグラフェン層21と金属フタロシアニン層40とを積層する。
(付記1) 半導体基板と、
前記半導体基板の表層に形成されたソース領域と、
前記半導体基板の前記表層に形成されたドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上に形成されたグラフェン層と、
前記グラフェン層の第1の領域における表面に形成されたゲート電極と、
前記グラフェン層の第2の領域における前記表面と裏面のいずれかに形成された金属フタロシアニン層と、
を有することを特徴とするガスセンサ。
(付記2) 前記グラフェン層の厚さは、一原子層の厚さであることを特徴とする付記1に記載のガスセンサ。
(付記3) 前記金属フタロシアニン層は、前記表面に一分子層の厚さに形成されたことを特徴とする付記1に記載のガスセンサ。
(付記4) 前記金属フタロシアニン層は、チタンフタロシアニン層、バナジウムフタロシアニン層、クロムフタロシアニン層、マンガンフタロシアニン層、鉄フタロシアニン層、及びコバルトフタロシアニン層のいずれかであることを特徴とする付記1に記載のガスセンサ。
(付記5) 前記金属フタロシアニン層が前記裏面に形成され、
前記第2の領域における前記グラフェン層が露出していることを特徴とする付記1に記載のガスセンサ。
(付記6) 前記金属フタロシアニン層が前記表面に形成され、前記第2の領域において前記金属フタロシアニン層が露出していることを特徴とする付記1に記載のガスセンサ。
(付記7) 前記ソース領域寄りの前記グラフェン層の側面が、前記ソース領域寄りの前記ゲート絶縁層の側面から前記ドレイン領域側に後退していることを特徴とする付記1に記載のガスセンサ。
(付記8) 半導体基板の表層にソース領域を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層にドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層の第1の領域における表面にゲート電極を形成する工程と、
前記グラフェン層の第2の領域における前記表面に金属フタロシアニン層を形成する工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。
(付記9) 前記グラフェン層を形成する工程は、
前記グラフェン層を加熱しながら、支持層の上に形成された前記グラフェン層を前記ゲート絶縁層に圧着する工程と、
前記圧着の後、前記支持層を除去する工程とを有することを特徴とする付記8に記載のガスセンサの製造方法。
(付記10) 前記金属フタロシアニン層を形成する工程は、前記半導体基板を加熱しながら蒸着法により行われることを特徴とする付記8に記載のガスセンサの製造方法。
(付記11) 半導体基板の表層にソース領域を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層にドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の表面にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上に金属フタロシアニン層を形成する工程と、
前記金属フタロシアニン層の上にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層の第2の領域が露出するように、前記グラフェン層の第1の領域における表面にゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。
(付記12) 前記金属フタロシアニン層を形成する工程と、前記グラフェン層を形成する工程は、
支持層の上に前記グラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層の上に前記金属フタロシアニン層を形成する工程と、
前記金属フタロシアニン層を、前記グラフェン層と共に前記ゲート絶縁層に圧着する工程と、
前記圧着の後、前記支持層を除去する工程とを有することを特徴とする付記11に記載のガスセンサの製造方法。
Claims (6)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の表層に形成されたソース領域と、
前記半導体基板の前記表層に形成されたドレイン領域と、
前記ソース領域とドレイン領域との間の前記半導体基板の上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上に形成されたグラフェン層と、
前記グラフェン層の第1の領域における表面に形成されたゲート電極と、
前記グラフェン層の第2の領域における前記表面と裏面のいずれかに形成された金属フタロシアニン層と、
を有することを特徴とするガスセンサ。 - 前記グラフェン層の厚さは、一原子層の厚さであることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記金属フタロシアニン層は、前記表面に一分子層の厚さに形成されたことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記金属フタロシアニン層は、チタンフタロシアニン層、バナジウムフタロシアニン層、クロムフタロシアニン層、マンガンフタロシアニン層、鉄フタロシアニン層、及びコバルトフタロシアニン層のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 半導体基板の表層にソース領域を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層にドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層の第1の領域における表面にゲート電極を形成する工程と、
前記グラフェン層の第2の領域における前記表面に金属フタロシアニン層を形成する工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 半導体基板の表層にソース領域を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層にドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体基板の上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上に金属フタロシアニン層を形成する工程と、
前記金属フタロシアニン層の上にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層の第2の領域が露出するように、前記グラフェン層の第1の領域における表面にゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019111203A JP7215347B2 (ja) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | ガスセンサ、及びガスセンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019111203A JP7215347B2 (ja) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | ガスセンサ、及びガスセンサの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020204486A true JP2020204486A (ja) | 2020-12-24 |
JP7215347B2 JP7215347B2 (ja) | 2023-01-31 |
Family
ID=73838454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019111203A Active JP7215347B2 (ja) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | ガスセンサ、及びガスセンサの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7215347B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113777137A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-10 | 昆明学院 | 一种基于铬酞菁单分子层薄膜的气体传感器及其制备方法和应用 |
KR20220135408A (ko) * | 2021-03-30 | 2022-10-07 | (주)제니컴 | 그래핀 나노구조 성장을 이용한 가스센서 및 이의 제조방법 |
KR102503494B1 (ko) * | 2022-05-10 | 2023-02-23 | 연세대학교 산학협력단 | 수소 감지 센서 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63225160A (ja) * | 1987-03-15 | 1988-09-20 | Matsushita Electric Works Ltd | ガス検知素子 |
JP2011080798A (ja) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Sharp Corp | 化学物質センシング素子の製造方法 |
US20150221499A1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | The Regents Of The University Of California | Method for passivating surfaces, functionalizing inert surfaces, layers and devices including same |
WO2017002854A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びその使用方法 |
WO2017025996A1 (ja) * | 2015-08-12 | 2017-02-16 | 株式会社 東芝 | 分子検出装置および分子検出方法 |
JP2019020153A (ja) * | 2017-07-12 | 2019-02-07 | 富士通株式会社 | トランジスタ及びその製造方法 |
-
2019
- 2019-06-14 JP JP2019111203A patent/JP7215347B2/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63225160A (ja) * | 1987-03-15 | 1988-09-20 | Matsushita Electric Works Ltd | ガス検知素子 |
JP2011080798A (ja) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Sharp Corp | 化学物質センシング素子の製造方法 |
US20150221499A1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | The Regents Of The University Of California | Method for passivating surfaces, functionalizing inert surfaces, layers and devices including same |
WO2017002854A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びその使用方法 |
WO2017025996A1 (ja) * | 2015-08-12 | 2017-02-16 | 株式会社 東芝 | 分子検出装置および分子検出方法 |
JP2019020153A (ja) * | 2017-07-12 | 2019-02-07 | 富士通株式会社 | トランジスタ及びその製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220135408A (ko) * | 2021-03-30 | 2022-10-07 | (주)제니컴 | 그래핀 나노구조 성장을 이용한 가스센서 및 이의 제조방법 |
KR102562513B1 (ko) * | 2021-03-30 | 2023-08-02 | (주)제니컴 | 그래핀 나노구조 성장을 이용한 가스센서 및 이의 제조방법 |
CN113777137A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-10 | 昆明学院 | 一种基于铬酞菁单分子层薄膜的气体传感器及其制备方法和应用 |
KR102503494B1 (ko) * | 2022-05-10 | 2023-02-23 | 연세대학교 산학협력단 | 수소 감지 센서 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7215347B2 (ja) | 2023-01-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9568447B2 (en) | Fluid sensor chip and method for manufacturing the same | |
Song et al. | Ionic‐activated chemiresistive gas sensors for room‐temperature operation | |
Vilan et al. | Molecules on Si: electronics with chemistry | |
JP2020204486A (ja) | ガスセンサ、及びガスセンサの製造方法 | |
CN109580725B (zh) | 基于天线结构的二维过渡金属硫化物气体传感器及制备 | |
JP6687862B2 (ja) | ガスセンサ及びその使用方法 | |
Choi et al. | Remarkable improvement of gas-sensing abilities in p-type oxide nanowires by local modification of the hole-accumulation layer | |
US11953444B2 (en) | Zero-power detecting sensor of chemical substance and sensing method | |
Postica et al. | Improved long‐term stability and reduced humidity effect in gas sensing: SiO2 ultra‐thin layered ZnO columnar films | |
Fedorov et al. | Quasi-2D Co 3 O 4 nanoflakes as an efficient gas sensor versus alcohol VOCs | |
JP2011203256A (ja) | センシング用アモルファス薄膜 | |
KR102190147B1 (ko) | 수소 가스 센서 및 그 제조 방법 | |
JP2008053631A (ja) | 電気化学活性を有する有機薄膜、その製造方法、およびそれを用いた素子 | |
Singh et al. | Hydrogen gas sensing properties of platinum decorated silicon carbide (Pt/SiC) Nanoballs | |
Baek et al. | High-performance hydrogen sensing properties and sensing mechanism in Pd-coated p-type Si nanowire arrays | |
Wu et al. | Graphene oxide/graphene hybrid film with ultrahigh ammonia sensing performance | |
Su et al. | Tin dioxide functionalized single-walled carbon nanotube (SnO2/SWNT)-based ammonia gas sensors and their sensing mechanism | |
Kang et al. | High-performance electrically transduced hazardous gas sensors based on low-dimensional nanomaterials | |
Gardner et al. | Transistor‐Based Work‐Function Measurement of Metal–Organic Frameworks for Ultra‐Low‐Power, Rationally Designed Chemical Sensors | |
Shen et al. | Atomic layer deposition of MoS2 decorated TiO2 nanotubes for photoelectrochemical water splitting | |
US20170067847A1 (en) | Gas sensor and sensor device | |
US10818917B2 (en) | Systems and methods for electrodepositing manganese oxide with improved rate capabilities for electrical energy storage | |
KR20090001379A (ko) | 탄소나노튜브를 이용한 가스센서 및 그 작동방법 | |
Jeong et al. | Highly stable and reversible hydrogen sensors using Pd-coated SnO2 nanorods and an electrode–substrate interface as a parallel conduction channel | |
Sathe et al. | Highly sensitive nanostructured platinum electrocatalysts for CO oxidation: Implications for CO sensing and fuel cell performance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220308 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221025 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221026 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221220 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230102 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7215347 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |