JP2586111B2 - 鉄系プラズマ重合膜の形成方法およびそれを用いたガス検出素子 - Google Patents
鉄系プラズマ重合膜の形成方法およびそれを用いたガス検出素子Info
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- JP2586111B2 JP2586111B2 JP63168687A JP16868788A JP2586111B2 JP 2586111 B2 JP2586111 B2 JP 2586111B2 JP 63168687 A JP63168687 A JP 63168687A JP 16868788 A JP16868788 A JP 16868788A JP 2586111 B2 JP2586111 B2 JP 2586111B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上利用分野〕 本発明は、鉄系プラズマ重合膜の形成方法およびそれ
を用いたガス検出素子に関する。更に詳しくは、アルコ
ールガス検出能力を有する鉄系プラズマ重合膜の形成方
法およびそれを用いたアルコール系ガス検出素子に関す
る。
を用いたガス検出素子に関する。更に詳しくは、アルコ
ールガス検出能力を有する鉄系プラズマ重合膜の形成方
法およびそれを用いたアルコール系ガス検出素子に関す
る。
〔従来の技術〕および〔発明が解決しようとする課題〕 有機鉄化合物を用いて、鉄系の微粒子を製造する方法
が検討されている（例えば、金属表面技術協会、新材料
ドライプロセシング専門部会資料「強磁性金属コロイド
の作製とその磁性」）。しかしながら、各種用途への応
用を考えた場合には、微粒子の形では都合の悪いことが
多く、例えば金属微粒子は危険物であるので、その取扱
いが難かしいことなどがある。
が検討されている（例えば、金属表面技術協会、新材料
ドライプロセシング専門部会資料「強磁性金属コロイド
の作製とその磁性」）。しかしながら、各種用途への応
用を考えた場合には、微粒子の形では都合の悪いことが
多く、例えば金属微粒子は危険物であるので、その取扱
いが難かしいことなどがある。
また、金属を微粒子状ではなく、焼結法などによって
一定厚み以上のシートや成形体とすることは可能である
が、このような加工法によっては薄い膜状物を得ること
ができない。
一定厚み以上のシートや成形体とすることは可能である
が、このような加工法によっては薄い膜状物を得ること
ができない。
一方、基質上に膜状物を形成させる方法として、各種
のモノマーガスを用いたプラズマ重合法が用いられてお
り、そこで本発明者らは、有機鉄化合物を用いてそれの
プラズマ重合膜を形成させる方法についての検討を行な
った。
のモノマーガスを用いたプラズマ重合法が用いられてお
り、そこで本発明者らは、有機鉄化合物を用いてそれの
プラズマ重合膜を形成させる方法についての検討を行な
った。
その結果、プラズマ重合条件によっては、プラズマ重
合物あ形成されなかったりあるいは黒色粉末状のプラズ
マ重合物しか形成されないが、そのプラズマ重合条件を
照射エネルギー量の面から特定の範囲を選択することに
より、薄膜状物が得られることを見出し、本発明を完成
するに至った。
合物あ形成されなかったりあるいは黒色粉末状のプラズ
マ重合物しか形成されないが、そのプラズマ重合条件を
照射エネルギー量の面から特定の範囲を選択することに
より、薄膜状物が得られることを見出し、本発明を完成
するに至った。
従って、本発明の目的は、特定の有機鉄化合物モノマ
ーガスを用い、基質上へ鉄系プラズマ重合膜を形成させ
る方法を提供することにある。
ーガスを用い、基質上へ鉄系プラズマ重合膜を形成させ
る方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、かかる鉄系プラズマ重合膜のア
ルコールガス検出能力を利用したアルコール系ガス検出
素子を提供することにある。
ルコールガス検出能力を利用したアルコール系ガス検出
素子を提供することにある。
上記課題を解決せしめる鉄系プラズマ重合膜の形成
は、有機鉄化合物としての鉄ペンタカルボニルのみをモ
ノマーガスとして用い、モノマーガス分子１モル当り2.
5×105〜2.5×107Jのエネルギー量で高周波電力を印加
することにより行われる。
は、有機鉄化合物としての鉄ペンタカルボニルのみをモ
ノマーガスとして用い、モノマーガス分子１モル当り2.
5×105〜2.5×107Jのエネルギー量で高周波電力を印加
することにより行われる。
有機鉄化合物としての鉄ペンタカルボニルのプラズマ
重合膜を形成せしめる基質としては、石英薄板、アルミ
ナ薄板、ガラスプレート、ステンレス鋼板などの無機質
基板、プラスチックフィルム、プラスチックシート、プ
ラスチック成形品などの有機質基質など、任意のものを
使用することができる。
重合膜を形成せしめる基質としては、石英薄板、アルミ
ナ薄板、ガラスプレート、ステンレス鋼板などの無機質
基板、プラスチックフィルム、プラスチックシート、プ
ラスチック成形品などの有機質基質など、任意のものを
使用することができる。
プラズマ重合反応は、例えば第１図に示されるような
反応装置を用い、次のようにして行われる。即ち、一端
側が細長くなっており、そこに高周波発振器４に接続さ
れたコイル５を巻き付けた円筒状反応容器１内を、真空
ポンプに連結された容器他端側の排気口７から排気して
10-4〜10-5Torrの圧力迄減圧した後、有機鉄化合物を反
応容器内に約0.02〜0.1Torrの圧力になる迄モノマーガ
ス導入口３から連続的に約10-7〜10-3モル／秒の流量で
導入し、前記コイルから出力約10〜100Wの電力を約20〜
60分間印加してプラズマを発生させることにより、基質
２上へのプラズマ重合反応が行われる。なお、符号６
は、０リングである。
反応装置を用い、次のようにして行われる。即ち、一端
側が細長くなっており、そこに高周波発振器４に接続さ
れたコイル５を巻き付けた円筒状反応容器１内を、真空
ポンプに連結された容器他端側の排気口７から排気して
10-4〜10-5Torrの圧力迄減圧した後、有機鉄化合物を反
応容器内に約0.02〜0.1Torrの圧力になる迄モノマーガ
ス導入口３から連続的に約10-7〜10-3モル／秒の流量で
導入し、前記コイルから出力約10〜100Wの電力を約20〜
60分間印加してプラズマを発生させることにより、基質
２上へのプラズマ重合反応が行われる。なお、符号６
は、０リングである。
このプラズマ重合の際、モノマーガス分子１モル当り
に与えられるエネルギー量は、W:高周波電力、F:ガス流
量したとき、そのパラメーターをW/F（J/モル）として
表わすことができる。つまり、Ｗを大きくしつもＦを大
きくすれば、W/Fをある範囲内におさめることができ
る。そして、その値が2.5×105〜2.5×107（J/モル）の
範囲内にあれば、所望の膜状物が得られ、これ以下の値
ではプラズマ重合物自体が形成されず、一方これより大
きい値のときはプラズマ重合物が粉末状となってしま
う。
に与えられるエネルギー量は、W:高周波電力、F:ガス流
量したとき、そのパラメーターをW/F（J/モル）として
表わすことができる。つまり、Ｗを大きくしつもＦを大
きくすれば、W/Fをある範囲内におさめることができ
る。そして、その値が2.5×105〜2.5×107（J/モル）の
範囲内にあれば、所望の膜状物が得られ、これ以下の値
ではプラズマ重合物自体が形成されず、一方これより大
きい値のときはプラズマ重合物が粉末状となってしま
う。
上記エネルギー量でプラズマ重合反応が行われたと
き、形成されたプラズマ重合薄膜をスパッタリングして
その内部の組成を判断すると、そこには多くのＣが含ま
れており、このために薄膜状態が保持されるものと考え
られ、つまり規定されたエネルギー量は、単に最適のプ
ラズマ重合条件を示すものではなく、形成された重合物
中にＣを残存させ、それによって薄膜化を可能とさせる
ための条件を示しているものといえる。
き、形成されたプラズマ重合薄膜をスパッタリングして
その内部の組成を判断すると、そこには多くのＣが含ま
れており、このために薄膜状態が保持されるものと考え
られ、つまり規定されたエネルギー量は、単に最適のプ
ラズマ重合条件を示すものではなく、形成された重合物
中にＣを残存させ、それによって薄膜化を可能とさせる
ための条件を示しているものといえる。
形成された鉄系プラズマ重合膜は、それを酸化処理す
ると他のガスと判別選択性にすぐれたアルコール系ガス
の検出能力を有するため、アルコール系ガス検出素子に
用いることができる。
ると他のガスと判別選択性にすぐれたアルコール系ガス
の検出能力を有するため、アルコール系ガス検出素子に
用いることができる。
このガス検出素子は、表面側に電極を、また裏面側に
薄膜ヒーターをそれぞれ設けた絶縁性基板の前記電極上
に前記の如くにして得られる鉄系プラズマ重合膜を形成
せしめて構成される。
薄膜ヒーターをそれぞれ設けた絶縁性基板の前記電極上
に前記の如くにして得られる鉄系プラズマ重合膜を形成
せしめて構成される。
かかるガス検出素子の一態様が、図面の第３図に示さ
れている。即ち、前記無機質あるいは有機質の基質であ
って、プラズマ重合膜の酸化処理温度に耐え得る絶縁性
基板11の表面側（ａ）には、金／クロム（約100〜10000
Å／約100〜1000Å）の積層電極、一般にはくし形電極1
2が形成されており、そのくし形部分には鉄系プラズマ
重合膜（約500〜10000Å）13が被覆されており、また基
板裏面側（ｂ）には、金／クロム積層電極14,14′に接
続された薄膜ヒーター15が設けられている。
れている。即ち、前記無機質あるいは有機質の基質であ
って、プラズマ重合膜の酸化処理温度に耐え得る絶縁性
基板11の表面側（ａ）には、金／クロム（約100〜10000
Å／約100〜1000Å）の積層電極、一般にはくし形電極1
2が形成されており、そのくし形部分には鉄系プラズマ
重合膜（約500〜10000Å）13が被覆されており、また基
板裏面側（ｂ）には、金／クロム積層電極14,14′に接
続された薄膜ヒーター15が設けられている。
ここで形成された鉄系プラズマ重合膜は、この基板裏
面側に設けられた薄膜ヒーターに通電し、素子温度とし
て約150℃以上、好ましくは約300〜600℃に十分加熱
し、酸化状態をなすことにより、メタノール、エタノー
ルなどのアルコール系ガスに対する選択的検出能力が発
揮されるようになる。このようなアルコール系ガス選択
性の原理は、目下のところ明確ではないが、プラズマ重
合膜の表面と内部とで酸化状態、組成などが異なり、表
面電極とすることによって表面抵抗の変化が取り出せる
ようになるものと考えられる。
面側に設けられた薄膜ヒーターに通電し、素子温度とし
て約150℃以上、好ましくは約300〜600℃に十分加熱
し、酸化状態をなすことにより、メタノール、エタノー
ルなどのアルコール系ガスに対する選択的検出能力が発
揮されるようになる。このようなアルコール系ガス選択
性の原理は、目下のところ明確ではないが、プラズマ重
合膜の表面と内部とで酸化状態、組成などが異なり、表
面電極とすることによって表面抵抗の変化が取り出せる
ようになるものと考えられる。
本発明方法により形成される鉄系プラズマ重合膜は、
微粒子などとは異なり取扱上の危険性や加工上の煩雑さ
がなく、ドライプロセスによって任意の個所に直接薄膜
を形成させることができる。
微粒子などとは異なり取扱上の危険性や加工上の煩雑さ
がなく、ドライプロセスによって任意の個所に直接薄膜
を形成させることができる。
しかも、この鉄系プラズマ重合膜は、加熱酸化状態に
おいて、アルコール系ガスの検出能力を示し、メタン、
プロパンなどの炭化水素類などの混合物からの選択的検
出能力をも示すようになるので、これを絶縁性基板上の
電極上に形成させることにより、アルコール系ガス検出
素子への有効な利用を図ることができる。
おいて、アルコール系ガスの検出能力を示し、メタン、
プロパンなどの炭化水素類などの混合物からの選択的検
出能力をも示すようになるので、これを絶縁性基板上の
電極上に形成させることにより、アルコール系ガス検出
素子への有効な利用を図ることができる。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例１ 第１図に図示された態様に従がい、誘電コイルに13.5
6MHzの高周波電力を印加して、プラズマ重合を行った。
6MHzの高周波電力を印加して、プラズマ重合を行った。
基質にはアルミナ薄板、ガラスプレートまたはステン
レス鋼薄板をそれぞれ用い、有機鉄化合物として鉄ペン
タカルボニル［（Fe（Co）５、純度99.99％］を用い、
室温条件下で所定時間プラズマ重合させた。
レス鋼薄板をそれぞれ用い、有機鉄化合物として鉄ペン
タカルボニル［（Fe（Co）５、純度99.99％］を用い、
室温条件下で所定時間プラズマ重合させた。
その際、高周波電力の出力を10〜100Wの範囲内で、モ
ノマーガス流量を4.0×10-7〜4.0×10-4モル／秒の範囲
内で種々変更し、それらの値を組合せて用いることによ
り、種々のW/F値を選択してプラズマ重合したとき、次
のような結果が得られた。
ノマーガス流量を4.0×10-7〜4.0×10-4モル／秒の範囲
内で種々変更し、それらの値を組合せて用いることによ
り、種々のW/F値を選択してプラズマ重合したとき、次
のような結果が得られた。
以上の結果から、W/F値が2.5×105〜2.5×107J/モル
の範囲内であればプラズマ重合薄膜が得られることが分
るが、上記膜厚3300Åの薄膜についてスパッタリングを
行ない、薄膜厚さ方向の元素組成を調べた。得られた結
果は、第２図のグラフに示される。
の範囲内であればプラズマ重合薄膜が得られることが分
るが、上記膜厚3300Åの薄膜についてスパッタリングを
行ない、薄膜厚さ方向の元素組成を調べた。得られた結
果は、第２図のグラフに示される。
この結果から、薄膜表面は酸化されているもの、約10
〜15分間スパッタリングした状態（約50〜75Åの深さに
相当する）で内部の組成を判断すると、Ｃを多く含んで
いることが特徴で、これは各薄膜の場合に共通してい
る。即ち、重合性を有する有機物が存在するため、薄膜
状態を保っているものと考えられる。
〜15分間スパッタリングした状態（約50〜75Åの深さに
相当する）で内部の組成を判断すると、Ｃを多く含んで
いることが特徴で、これは各薄膜の場合に共通してい
る。即ち、重合性を有する有機物が存在するため、薄膜
状態を保っているものと考えられる。
これに対して、エネルギーが大きすぎると、次のよう
な分解反応が促進され、基板上に到達する前に微粒子状
になるものと考えられる。
な分解反応が促進され、基板上に到達する前に微粒子状
になるものと考えられる。
実施例２ アルミナ基板上に、蒸着法によりクロム（500Å）／
金（1000Å）積層電極を形成させた後、実施例１のW/F
値7.2×106J/モル、時間30分間のプラズマ重合条件下で
膜厚3000Åの鉄系プラズマ重合膜を鉄ペンタカルボニル
から形成させ、ガス検出素子を作製した。
金（1000Å）積層電極を形成させた後、実施例１のW/F
値7.2×106J/モル、時間30分間のプラズマ重合条件下で
膜厚3000Åの鉄系プラズマ重合膜を鉄ペンタカルボニル
から形成させ、ガス検出素子を作製した。
得られたガス検出素子の裏面側に取り付けられた薄膜
ヒーターにより、ガス検出素子を400℃に加熱して十分
プラズマ重合膜を酸化させた後、素子温度を400℃の一
定温度に保ちながら、メタノール（5000ppm）に対する
感度を測定した。
ヒーターにより、ガス検出素子を400℃に加熱して十分
プラズマ重合膜を酸化させた後、素子温度を400℃の一
定温度に保ちながら、メタノール（5000ppm）に対する
感度を測定した。
その結果、空気中での抵抗値38.2MΩに対して、メタ
ノールガス混合空気雰囲気下での抵抗値14.2MΩが実測
され、感度（ガス接触時の抵抗値と大気中の抵抗値との
比）は0.37であった。
ノールガス混合空気雰囲気下での抵抗値14.2MΩが実測
され、感度（ガス接触時の抵抗値と大気中の抵抗値との
比）は0.37であった。
実施例３ 実施例２において、メタノールガス混合空気の代り
に、エタノールガス混合空気（エタノール濃度2000pp
m）を用いると、抵抗値は14.3MΩであり、感度は0.38で
あった。
に、エタノールガス混合空気（エタノール濃度2000pp
m）を用いると、抵抗値は14.3MΩであり、感度は0.38で
あった。
第１図は、本発明で用いられるプラズマ重合反応装置の
一態様の概要図である。第２図は、形成されたプラズマ
重合薄膜の厚さ方向の元素組成を示すグラフである。ま
た、第３図は、本発明に係るガス検出素子の一態様の平
面図（ａ）および裏面図（ｂ）である。 （符号の説明） １……プラズマ反応容器 ２……基質 ３……モノマーガス導入口 ４……高周波発振器 ５……コイル 11……絶縁性基板 12……プラズマ重合膜 13……くし形電極 15……薄膜ヒーター
一態様の概要図である。第２図は、形成されたプラズマ
重合薄膜の厚さ方向の元素組成を示すグラフである。ま
た、第３図は、本発明に係るガス検出素子の一態様の平
面図（ａ）および裏面図（ｂ）である。 （符号の説明） １……プラズマ反応容器 ２……基質 ３……モノマーガス導入口 ４……高周波発振器 ５……コイル 11……絶縁性基板 12……プラズマ重合膜 13……くし形電極 15……薄膜ヒーター
Claims (2)
- 【請求項１】有機鉄化合物としての鉄ペンタカルボニル
のみをモノマーガスとして用い、モノマーガス分子１モ
ル当り2.5×105〜2.5×107Jのエネルギー量で高周波電
力を印加することを特徴とする基質上への鉄系プラズマ
重合膜の形成方法。 - 【請求項２】表面側に電極を、また裏面側に薄膜ヒータ
ーをそれぞれ設けた絶縁性基板の前記電極上に鉄ペンタ
カルボニルから得られた鉄系プラズマ重合膜の加熱処理
酸化膜を形成せしめてなるアルコール系ガス検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63168687A JP2586111B2 (ja) | 1987-11-24 | 1988-07-08 | 鉄系プラズマ重合膜の形成方法およびそれを用いたガス検出素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-294228 | 1987-11-24 | ||
| JP29422887 | 1987-11-24 | ||
| JP63168687A JP2586111B2 (ja) | 1987-11-24 | 1988-07-08 | 鉄系プラズマ重合膜の形成方法およびそれを用いたガス検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01230778A JPH01230778A (ja) | 1989-09-14 |
| JP2586111B2 true JP2586111B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=26492293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63168687A Expired - Fee Related JP2586111B2 (ja) | 1987-11-24 | 1988-07-08 | 鉄系プラズマ重合膜の形成方法およびそれを用いたガス検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2586111B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60110112A (ja) * | 1983-11-21 | 1985-06-15 | Tdk Corp | 磁性薄膜 |
| JPS62222153A (ja) * | 1984-09-29 | 1987-09-30 | Hiroshi Komiyama | 金属と誘電体とを含むガス感応性複合体とその製造方法 |
| JPH0247011B2 (ja) * | 1985-02-07 | 1990-10-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Jiseitaihakumakunoseizohoho |
-
1988
- 1988-07-08 JP JP63168687A patent/JP2586111B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01230778A (ja) | 1989-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |