JP2687254B2 - ガス感応素子 - Google Patents
ガス感応素子Info
- Publication number
- JP2687254B2 JP2687254B2 JP2303037A JP30303790A JP2687254B2 JP 2687254 B2 JP2687254 B2 JP 2687254B2 JP 2303037 A JP2303037 A JP 2303037A JP 30303790 A JP30303790 A JP 30303790A JP 2687254 B2 JP2687254 B2 JP 2687254B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- platinum
- layer
- ceramic layer
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は常温において酸素ガスやオゾンガスに感応す
ることができる半導体ガス感応素子に関する。
ることができる半導体ガス感応素子に関する。
［従来の技術］ 近年、計測制御や防災，公害防止分野において酸素お
よびオゾンセンサの需要が高まっており、これに応じて
従来の電気化学反応を利用するクラーク型酸素センサや
ガルバニ型酸素センサに代わり、小型軽量である半導体
素子のガスセンサが実用化されている。
よびオゾンセンサの需要が高まっており、これに応じて
従来の電気化学反応を利用するクラーク型酸素センサや
ガルバニ型酸素センサに代わり、小型軽量である半導体
素子のガスセンサが実用化されている。
しかしながら、従来の半導体ガスセンサにおいては感
応後のセンサ回復特性を良好にし、また、湿度の影響に
よる計測精度の低下を避ける等のために、センサ素子に
ヒーターを内臓して加熱していた。したがって、加熱の
ための電源を必要とする問題があった。
応後のセンサ回復特性を良好にし、また、湿度の影響に
よる計測精度の低下を避ける等のために、センサ素子に
ヒーターを内臓して加熱していた。したがって、加熱の
ための電源を必要とする問題があった。
そこで、現在、加熱を必要とせず常温作動が可能であ
る半導体ガスセンサの開発が進められており、例えば、
電界効果トランジスタ（FET）型の半導体ガスセンサの
ガス感応面にセラミック粉の水溶液を塗布，乾燥させて
セラミック層を形成することにより常温作動を可能とす
るガス感応素子が先行技術として提案されている。
る半導体ガスセンサの開発が進められており、例えば、
電界効果トランジスタ（FET）型の半導体ガスセンサの
ガス感応面にセラミック粉の水溶液を塗布，乾燥させて
セラミック層を形成することにより常温作動を可能とす
るガス感応素子が先行技術として提案されている。
［発明が解決しようとする課題］ 上記のような、半導体素子のガス感応面にセラミック
層を形成したガスセンサは、ガス感応後の回復時間も10
〜20分程度と良好であり、常温作動型の半導体ガスセン
サとしては優れたものである。
層を形成したガスセンサは、ガス感応後の回復時間も10
〜20分程度と良好であり、常温作動型の半導体ガスセン
サとしては優れたものである。
しかしながら、この半導体ガスセンサのセラミック層
は、セラミックの水溶液を塗布し、水分を乾燥させて成
層しているために、結露によってセラミック粉が流れ出
したり、セラミック層が剥がれたりするという不都合が
あった。すなわち、半導体素子ガスの感応面とセラミッ
ク層との接着性が十分でなく、また、セラミック層の機
械的強度が低いという問題が解決すべき問題として残さ
れていた。
は、セラミックの水溶液を塗布し、水分を乾燥させて成
層しているために、結露によってセラミック粉が流れ出
したり、セラミック層が剥がれたりするという不都合が
あった。すなわち、半導体素子ガスの感応面とセラミッ
ク層との接着性が十分でなく、また、セラミック層の機
械的強度が低いという問題が解決すべき問題として残さ
れていた。
本発明は上記問題の解決をめざすものであり、加熱を
必要とせずに常温での測定が可能という特徴を残しつ
つ、ガス感応面とセラミック層との接着性を高め、機械
的強度の高いセラミック層の形成を目的とする。
必要とせずに常温での測定が可能という特徴を残しつ
つ、ガス感応面とセラミック層との接着性を高め、機械
的強度の高いセラミック層の形成を目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の課題を解決するために、電界効果トラ
ンジスタ（FET）のゲート部絶縁層上に白金（Pt）と白
金黒（Pt−black）の電極層が形成され、この電極層上
に樹脂で固定されたセラミック層が形成されて成ること
を特徴とするガス感応素子とするものである。
ンジスタ（FET）のゲート部絶縁層上に白金（Pt）と白
金黒（Pt−black）の電極層が形成され、この電極層上
に樹脂で固定されたセラミック層が形成されて成ること
を特徴とするガス感応素子とするものである。
［作用］ 前記の構成による電界効果トランジスタ（FET）型ガ
ス感応素子のソース・ドレイン間にチャネルが形成され
るようにゲートにバイアス電圧を印加して被検ガスに臨
ませると、この被検ガス分子は白金黒Pt−blackに吸着
されてイオン化する。この被検ガス分子のイオン化はゲ
ート電圧をマイナス方向に下げるように作用し、これに
より、ソース，ドレイン間の電流が減少する。ガス感応
後においては、セラミック層の放出する遠赤外線が白金
黒Pt−blackに吸着された酸素O2分子やオゾンO3分子を
振動させるように作用する。この作用を受けて酸素O2分
子やオゾンO3分子は前記白金黒からの離脱が促進され、
これによりセンサとしての回復を早めることができる。
ス感応素子のソース・ドレイン間にチャネルが形成され
るようにゲートにバイアス電圧を印加して被検ガスに臨
ませると、この被検ガス分子は白金黒Pt−blackに吸着
されてイオン化する。この被検ガス分子のイオン化はゲ
ート電圧をマイナス方向に下げるように作用し、これに
より、ソース，ドレイン間の電流が減少する。ガス感応
後においては、セラミック層の放出する遠赤外線が白金
黒Pt−blackに吸着された酸素O2分子やオゾンO3分子を
振動させるように作用する。この作用を受けて酸素O2分
子やオゾンO3分子は前記白金黒からの離脱が促進され、
これによりセンサとしての回復を早めることができる。
また上記セラミック層は、樹脂溶液とセラミック粉と
を混練して塗布，乾燥させて成層するものであり、この
場合、樹脂溶液の粘着性はセラミック粉を固めて機械的
強度の高いセラミック層とし、さらに、このセラミック
層と上記ガス感応面との接着性を高める作用を行う。
を混練して塗布，乾燥させて成層するものであり、この
場合、樹脂溶液の粘着性はセラミック粉を固めて機械的
強度の高いセラミック層とし、さらに、このセラミック
層と上記ガス感応面との接着性を高める作用を行う。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基き説明する。
第１図は本発明に係るガス感応素子の側面断面図であ
る。このガス感応素子１はMOS（metal oxide semicondu
ctor）構造電界効果トランジスタ（FET:field effect t
ransistor）型であり、その製造手順は概略次のとおり
である。すなわち、Ｐ型シリコン基板Ｐ−Siを加熱して
その表面に酸化シリコンSiO2層を形成し、この酸化シリ
コン層上にCVD（chemical vapour deposition）法によ
り窒化シリコンSi3N4層を形成し、さらに、この窒化シ
リコン層上に多結晶シリコンPoly−Si層を前記CVD法等
により形成するとともに、これと並行してイオン注入、
不純物拡散、あるいはそのためのエッチング等の処理を
行い、ｎ型領域（ソース・ドレイン）等を形成する。
る。このガス感応素子１はMOS（metal oxide semicondu
ctor）構造電界効果トランジスタ（FET:field effect t
ransistor）型であり、その製造手順は概略次のとおり
である。すなわち、Ｐ型シリコン基板Ｐ−Siを加熱して
その表面に酸化シリコンSiO2層を形成し、この酸化シリ
コン層上にCVD（chemical vapour deposition）法によ
り窒化シリコンSi3N4層を形成し、さらに、この窒化シ
リコン層上に多結晶シリコンPoly−Si層を前記CVD法等
により形成するとともに、これと並行してイオン注入、
不純物拡散、あるいはそのためのエッチング等の処理を
行い、ｎ型領域（ソース・ドレイン）等を形成する。
次に、この基板のゲート部分にスパッタリング法にて
白金Ptおよび白金黒Pt−black層1aを1000Å厚に形成
し、最後に、この白金および白金黒の層上に、樹脂によ
って固定されたセラミック層1bを形成する。
白金Ptおよび白金黒Pt−black層1aを1000Å厚に形成
し、最後に、この白金および白金黒の層上に、樹脂によ
って固定されたセラミック層1bを形成する。
ここで使用される樹脂はメチルセロソロブアエテート
に50％〜60％のノボラック樹脂を溶解させたものであ
り、この溶解溶液約2mlに天然無機質自然石並びに珪酸
ソーダ，炭化珪素，ジルコニア等を含有したセラミック
粉を約3g混ぜて混練し、これを上記白金および白金黒1a
上に塗布後自然乾燥させ、さらに90℃で約25分程度の熱
処理を行い成層する。上記ノボラック樹脂は一般的に塗
料として使用されているものであり、成膜状態で十分な
ガス透過性を有する。
に50％〜60％のノボラック樹脂を溶解させたものであ
り、この溶解溶液約2mlに天然無機質自然石並びに珪酸
ソーダ，炭化珪素，ジルコニア等を含有したセラミック
粉を約3g混ぜて混練し、これを上記白金および白金黒1a
上に塗布後自然乾燥させ、さらに90℃で約25分程度の熱
処理を行い成層する。上記ノボラック樹脂は一般的に塗
料として使用されているものであり、成膜状態で十分な
ガス透過性を有する。
以上によって本発明に係るガス感応素子１が完成す
る。ゲートに成層される白金および白金黒層1aのうち、
白金は被検ガスの活性化をはかり、センサとしての増感
効果を高めるように作用するものであり、白金黒はいわ
ゆる蜂の巣状に成層されて表面積が大となり被検ガスの
吸着効果をたかめるように作用する。また、この白金お
よび白金黒の層上に成層されるセラミック層1bは、常温
で9.5μｍ（1050cm-1）の波長をピークとする遠赤外線
を放出し、この遠赤外線が前記白金黒に吸着された被検
ガス分子である酸素分子およびオゾン分子に振動を与え
るように作用する。
る。ゲートに成層される白金および白金黒層1aのうち、
白金は被検ガスの活性化をはかり、センサとしての増感
効果を高めるように作用するものであり、白金黒はいわ
ゆる蜂の巣状に成層されて表面積が大となり被検ガスの
吸着効果をたかめるように作用する。また、この白金お
よび白金黒の層上に成層されるセラミック層1bは、常温
で9.5μｍ（1050cm-1）の波長をピークとする遠赤外線
を放出し、この遠赤外線が前記白金黒に吸着された被検
ガス分子である酸素分子およびオゾン分子に振動を与え
るように作用する。
すなわち、前記のように構成されるガス感応素子のゲ
ートにバイアス電圧を印加し、酸素O2ガスおよびオゾン
O3ガスに臨ませると、これらのガスはノボラック樹脂で
固定されたセラミック層1bの間隙を通り抜けて白金黒に
吸着される。この吸着された酸素分子およびオゾン分子
がイオン化し、O-,O2-,O2 -,O3-などのマイナスイオンと
なるために、ゲート電圧をマイナスの方向に下げる働き
をする。これにより、ソースとドレイン間に流れる電流
が減少する。この減少電流を検出することにより、この
ガス感応素子１はセンサとしての利用が可能になる。な
お、これらの現象については理論的に明らかでない面も
あるが、前記のような考え方は実験によって一般的に承
認されている。
ートにバイアス電圧を印加し、酸素O2ガスおよびオゾン
O3ガスに臨ませると、これらのガスはノボラック樹脂で
固定されたセラミック層1bの間隙を通り抜けて白金黒に
吸着される。この吸着された酸素分子およびオゾン分子
がイオン化し、O-,O2-,O2 -,O3-などのマイナスイオンと
なるために、ゲート電圧をマイナスの方向に下げる働き
をする。これにより、ソースとドレイン間に流れる電流
が減少する。この減少電流を検出することにより、この
ガス感応素子１はセンサとしての利用が可能になる。な
お、これらの現象については理論的に明らかでない面も
あるが、前記のような考え方は実験によって一般的に承
認されている。
第３図はこのガス感応素子を被検ガスに臨ませて回復
特性をみる試験結果のグラフである。すなわち、第２図
に示すセンサ特性測定回路において、ソース，ドレイン
間の電流を測定するピコアンペアメータ（微小電流計）
を接続し、ゲートにバイアス電圧を印加する。この場合
のバイアス電圧はセンサ半導体表面バンドが平坦になる
ように制御される。このような測定回路を備える試験チ
ャンバ内に、酸素20％，窒素80％の成分比を持つガス
に、約50ppmのオゾンガスを混入させたサンプルガスを
一分間に２の割合で流入させたときのソース，ドレイ
ン間の電流変化（μＡ）を示している。このグラフの示
すところによれば、サンプルガス流入直後よりガス感応
によるセンサ出力の低下がみられ、約２分後には飽和値
の90％程度まで出力が低下している。
特性をみる試験結果のグラフである。すなわち、第２図
に示すセンサ特性測定回路において、ソース，ドレイン
間の電流を測定するピコアンペアメータ（微小電流計）
を接続し、ゲートにバイアス電圧を印加する。この場合
のバイアス電圧はセンサ半導体表面バンドが平坦になる
ように制御される。このような測定回路を備える試験チ
ャンバ内に、酸素20％，窒素80％の成分比を持つガス
に、約50ppmのオゾンガスを混入させたサンプルガスを
一分間に２の割合で流入させたときのソース，ドレイ
ン間の電流変化（μＡ）を示している。このグラフの示
すところによれば、サンプルガス流入直後よりガス感応
によるセンサ出力の低下がみられ、約２分後には飽和値
の90％程度まで出力が低下している。
ガス流入より30分後にサンプルガスの流入を停止し、
オゾンガスを含まない酸素O220％，窒素N280％の混合ガ
スに入れ換えると、サンプルガス流入停止７分30秒後に
は初期値の90％程度までにセンサ出力が回復している。
オゾンガスを含まない酸素O220％，窒素N280％の混合ガ
スに入れ換えると、サンプルガス流入停止７分30秒後に
は初期値の90％程度までにセンサ出力が回復している。
以上の試験結果で明らかなように、セラミック粉を樹
脂で固定し、ガス感応面上に成層した場合にもこのセラ
ミック層はガス透過性を失うことなくガス感応後のセン
サ回復時間の大幅な短縮化を実現している。
脂で固定し、ガス感応面上に成層した場合にもこのセラ
ミック層はガス透過性を失うことなくガス感応後のセン
サ回復時間の大幅な短縮化を実現している。
［発明の効果］ 以上説明のように、本発明はMOS構造電界効果トラン
ジスタ（FET）のゲートに白金および白金黒を付着さ
せ、この上にセラミック層を形成し、このセラミック層
の放出する遠赤外線が白金黒に吸着されたガス分子を振
動するように構成したので、小型軽量で常温作動が可能
であり、かつ、ガス感応後の回復時間を短縮しうるガス
感応素子とすることができる。
ジスタ（FET）のゲートに白金および白金黒を付着さ
せ、この上にセラミック層を形成し、このセラミック層
の放出する遠赤外線が白金黒に吸着されたガス分子を振
動するように構成したので、小型軽量で常温作動が可能
であり、かつ、ガス感応後の回復時間を短縮しうるガス
感応素子とすることができる。
また、上記セラミック層を樹脂で固定することによ
り、機械的強度の高いセラミック層とすることができ、
あるいはセラミック層とガス感応面との接着性を高める
ことができる。
り、機械的強度の高いセラミック層とすることができ、
あるいはセラミック層とガス感応面との接着性を高める
ことができる。
第１図は本発明に係るMOS構造電界効果トランジスタ（F
ET）型ガス感応素子の側面断面図、第２図は出力特性測
定のための回路図、第３図はオゾン濃度変化に対するセ
ンサ出力の変化を示すグラフである。 1;ガス感応素子 1a;白金および白金黒層 1b;セラミック層
ET）型ガス感応素子の側面断面図、第２図は出力特性測
定のための回路図、第３図はオゾン濃度変化に対するセ
ンサ出力の変化を示すグラフである。 1;ガス感応素子 1a;白金および白金黒層 1b;セラミック層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 紀雄 東京都調布市調布ヶ丘３丁目34番１号 株式会社オーク製作所内 (72)発明者 勝部 昭明 東京都多摩市永山３―１―１―205 (72)発明者 三浦 則雄 福岡県福岡市中央区平尾３―17―５ (72)発明者 山添 昇 福岡県春日市松ヶ丘４―32
Claims (1)
- 【請求項１】電界効果トランジスタ（FET）のゲート部
絶縁層上に白金（Pt）と白金黒（Pt−black）電極層が
形成され、この電極層上に樹脂で固定されたセラミック
層が形成されて成ることを特徴とするガス感応素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2303037A JP2687254B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | ガス感応素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2303037A JP2687254B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | ガス感応素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04175653A JPH04175653A (ja) | 1992-06-23 |
| JP2687254B2 true JP2687254B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=17916168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2303037A Expired - Lifetime JP2687254B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | ガス感応素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687254B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006047928A1 (de) * | 2006-10-10 | 2008-04-17 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung mindestens einer porösen Schicht |
| DE102012211460A1 (de) * | 2012-07-03 | 2014-01-09 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor und Verfahren zum Herstellen eines solchen |
-
1990
- 1990-11-08 JP JP2303037A patent/JP2687254B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04175653A (ja) | 1992-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hong et al. | Highly selective ZnO gas sensor based on MOSFET having a horizontal floating-gate | |
| US8683845B2 (en) | Carbon dioxide sensor and associated method for generating a gas measurement value | |
| Wöllenstein et al. | Cobalt oxide based gas sensors on silicon substrate for operation at low temperatures | |
| Schwebel et al. | CO-sensor for domestic use based on high temperature stable Ga2O3 thin films | |
| Flietner et al. | Reliable hybrid GasFETs for work-function measurements with arbitrary materials | |
| JPH0240973B2 (ja) | ||
| JP2003501625A (ja) | 半導体ガスセンサ、ガスセンサ・システムおよびガス分析方法 | |
| RU2281485C1 (ru) | Полупроводниковый газовый датчик | |
| Moon et al. | On‐Chip Chemiresistive Sensor Array for On‐Road NOx Monitoring with Quantification | |
| Oprea et al. | Copper phthalocyanine suspended gate field effect transistors for NO2 detection | |
| Nicoletti et al. | Use of different sensing materials and deposition techniques for thin-film sensors to increase sensitivity and selectivity | |
| JPH0374947B2 (ja) | ||
| JP2687254B2 (ja) | ガス感応素子 | |
| JP2009236687A (ja) | イオンセンサ | |
| Puglisi et al. | Exploring the gas sensing performance of catalytic metal/metal oxide 4H-SiC field effect transistors | |
| Domanský et al. | Selective doping of chemically sensitive layers on a multisensing chip | |
| JP2668283B2 (ja) | ガス感応素子 | |
| Yang et al. | Improved Sensitivity and Stability for SnO Ion-Sensitive Field-Effect Transistor-Based pH Sensor by Electrical Double Layer Gate and AlO Sensitive Film | |
| JP2546340B2 (ja) | 感湿素子およびその動作回路 | |
| Jeong et al. | NO 2 Sensing Characteristics of Si MOSFET Gas Sensor Based on Thickness of WO 3 Sensing Layer | |
| Li et al. | Amorphous boron carbon nitride as ap H sensor | |
| JP2848818B2 (ja) | 延長ゲートｆｅｔセンサ | |
| Frank et al. | Ozone sensing using In/sub 2/O/sub 3/-modified Ga/sub 2/O/sub 3/thin films | |
| RU2772443C1 (ru) | Датчик микропримесей аммиака | |
| RU2797767C1 (ru) | Датчик микропримесей аммиака |