JP2993156B2 - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JP2993156B2 JP2993156B2 JP3058001A JP5800191A JP2993156B2 JP 2993156 B2 JP2993156 B2 JP 2993156B2 JP 3058001 A JP3058001 A JP 3058001A JP 5800191 A JP5800191 A JP 5800191A JP 2993156 B2 JP2993156 B2 JP 2993156B2
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- Japan
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- thin film
- temperature
- gas
- gas sensor
- metal oxide
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサに関する。
更に詳しくは、温度センサと一体化されたガスセンサに
関する。
更に詳しくは、温度センサと一体化されたガスセンサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ガスセンサとしてSnO2などの
金属酸化物半導体の焼結体を用いたものが開発されてき
た。近年は更に、それの高感度化および小型集積化とい
った性能向上を目的としたガスセンサの薄膜化の検討が
行われている。
金属酸化物半導体の焼結体を用いたものが開発されてき
た。近年は更に、それの高感度化および小型集積化とい
った性能向上を目的としたガスセンサの薄膜化の検討が
行われている。
【０００３】ところで、金属酸化物半導体ガスセンサ
は、約300〜500℃といった高温に加熱して用いなければ
ならないため、信頼できる出力を得るためには、その温
度制御が正確でなければならない。通常は、センサ自体
が内蔵しているヒータの駆動電力を一定に保つことで温
度の制御を行っており、実際のセンサ温度を測定するこ
とは行われていない。
は、約300〜500℃といった高温に加熱して用いなければ
ならないため、信頼できる出力を得るためには、その温
度制御が正確でなければならない。通常は、センサ自体
が内蔵しているヒータの駆動電力を一定に保つことで温
度の制御を行っており、実際のセンサ温度を測定するこ
とは行われていない。
【０００４】前述のセンサの薄膜化は、ガス感度の向上
には有効であるが、その反面測定温度の変化に対しても
敏感であるという面を持っている。この場合、従来技術
でのように、ヒータの駆動電力を一定に保つだけでは、
測定雰囲気の温度変化の影響を受けてしまい、正確な温
度制御は困難である。
には有効であるが、その反面測定温度の変化に対しても
敏感であるという面を持っている。この場合、従来技術
でのように、ヒータの駆動電力を一定に保つだけでは、
測定雰囲気の温度変化の影響を受けてしまい、正確な温
度制御は困難である。
【０００５】そのためには、センサ自身の温度を常にモ
ニターしながら、これが一定となるようヒータ電力を常
に自動的に調整する方法が最も確実であり、温度センサ
との組合せが必要となるが、新たに温度センサを取り付
けたのでは、コストの低減や検出部の小型化に支障がみ
られるようになる。
ニターしながら、これが一定となるようヒータ電力を常
に自動的に調整する方法が最も確実であり、温度センサ
との組合せが必要となるが、新たに温度センサを取り付
けたのでは、コストの低減や検出部の小型化に支障がみ
られるようになる。
【０００６】そこで、ガスセンサとの一体化が望まれる
が、これとて従来の薄膜型温度センサを同一基板内に形
成するには、複雑な工程が必要となってくる。
が、これとて従来の薄膜型温度センサを同一基板内に形
成するには、複雑な工程が必要となってくる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、比較
的単純な工程で作製できる、温度センサと一体化された
ガスセンサを提供することにある。
的単純な工程で作製できる、温度センサと一体化された
ガスセンサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
同一基板の表面上に同じ金属酸化物半導体薄膜で覆われ
た２組の対向電極を設け、その内の１組の対向電極を覆
った金属酸化物半導体薄膜上にガスバリヤ性の窒化けい
素薄膜を積層して被覆し、基板裏面側には薄膜状ヒータ
を設けたガスセンサによって達成される。
同一基板の表面上に同じ金属酸化物半導体薄膜で覆われ
た２組の対向電極を設け、その内の１組の対向電極を覆
った金属酸化物半導体薄膜上にガスバリヤ性の窒化けい
素薄膜を積層して被覆し、基板裏面側には薄膜状ヒータ
を設けたガスセンサによって達成される。
【０００９】 図面を参照しながら、本発明を説明する
と、図１は本発明に係るガスセンサの一態様の斜視図で
あり、同一基板１の表面上に２組の対向電極２ａ,２ｂ
と３ａ,３ｂとが設けられており、これらの対向電極は
同じ金属酸化物半導体薄膜４で覆われている。その内の
１組の対向電極３ａ,３ｂは、それを覆っている金属酸
化物半導体薄膜４の部分が、更にガスバリヤ性の耐熱絶
縁性薄膜５を積層し、被覆されており、一方基板裏面側
には薄膜状ヒータが設けられている。
と、図１は本発明に係るガスセンサの一態様の斜視図で
あり、同一基板１の表面上に２組の対向電極２ａ,２ｂ
と３ａ,３ｂとが設けられており、これらの対向電極は
同じ金属酸化物半導体薄膜４で覆われている。その内の
１組の対向電極３ａ,３ｂは、それを覆っている金属酸
化物半導体薄膜４の部分が、更にガスバリヤ性の耐熱絶
縁性薄膜５を積層し、被覆されており、一方基板裏面側
には薄膜状ヒータが設けられている。
【００１０】センサ基板としては、アルミナ、窒化アル
ミニウムなどの耐熱性および絶縁性にすぐれた基板が用
いられる。２組の対向電極は、一般にくし形電極とし
て、例えば金ペーストの厚膜を所定形状に印刷するなど
の方法で形成させる。
ミニウムなどの耐熱性および絶縁性にすぐれた基板が用
いられる。２組の対向電極は、一般にくし形電極とし
て、例えば金ペーストの厚膜を所定形状に印刷するなど
の方法で形成させる。
【００１１】同一基板の表面上に形成させたこれらの対
向電極を覆う金属酸化物半導体薄膜としては、膜厚が約
10nm〜1μmのSnO2などの金属酸化物の半導体薄膜が用い
られる。半導体薄膜の形成は、真空蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンプレーティング法などによりSnO2膜など
を直接形成させる方法、金属Sn膜などを形成させた後、
熱処理して酸化する方法あるいはSnを含む有機金属モノ
マーをプラズマ重合させてプラズマ重合膜を形成させ、
これを熱処理する方法(特開昭63-261148号公報)などに
よって行われる。
向電極を覆う金属酸化物半導体薄膜としては、膜厚が約
10nm〜1μmのSnO2などの金属酸化物の半導体薄膜が用い
られる。半導体薄膜の形成は、真空蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンプレーティング法などによりSnO2膜など
を直接形成させる方法、金属Sn膜などを形成させた後、
熱処理して酸化する方法あるいはSnを含む有機金属モノ
マーをプラズマ重合させてプラズマ重合膜を形成させ、
これを熱処理する方法(特開昭63-261148号公報)などに
よって行われる。
【００１２】 対向電極の内の１組を覆っている金属酸
化物半導体薄膜上に積層され、これを被覆する膜厚が約
50nm〜1μmのガスバリヤ性の耐熱絶縁性薄膜としては、
ガスセンサの動作温度が約300〜500℃程度であることか
ら、絶縁性でかつ気体透過性を有しないという特性に加
えて、高温でも化学的に安定な窒化けい素薄膜が用いら
れる。
化物半導体薄膜上に積層され、これを被覆する膜厚が約
50nm〜1μmのガスバリヤ性の耐熱絶縁性薄膜としては、
ガスセンサの動作温度が約300〜500℃程度であることか
ら、絶縁性でかつ気体透過性を有しないという特性に加
えて、高温でも化学的に安定な窒化けい素薄膜が用いら
れる。
【００１３】 窒化けい素の緻密な薄膜の形成は、減圧
CVD法、プラズマCVD法などによって行われる。その際、
他方の一組の対向電極側の金属酸化物半導体薄膜部分
は、予め金属マスクで覆っておき、後でそれを除去する
方法あるいは全面に耐熱絶縁性薄膜を形成させた後ドラ
イエッチングする方法などを適用することによって、窒
化けい素薄膜による被覆が行われない。
CVD法、プラズマCVD法などによって行われる。その際、
他方の一組の対向電極側の金属酸化物半導体薄膜部分
は、予め金属マスクで覆っておき、後でそれを除去する
方法あるいは全面に耐熱絶縁性薄膜を形成させた後ドラ
イエッチングする方法などを適用することによって、窒
化けい素薄膜による被覆が行われない。
【００１４】また、基板の裏面側には、金、白金などの
ペーストから、膜厚約100nm〜1μm程度の薄膜状のヒー
ターが設けられる。
ペーストから、膜厚約100nm〜1μm程度の薄膜状のヒー
ターが設けられる。
【００１５】
【作用】このようにして構成される本発明のガスセンサ
は、金属酸化物半導体薄膜がその半導体的性質から、温
度変化に対してもその導電率が変化するが、ガスバリヤ
性の窒化けい素薄膜によって雰囲気酸素や被検ガスとの
接触を阻止するようにしているので、その導電率は温度
のみによって変化することになり、温度センサとして使
用することができる。
は、金属酸化物半導体薄膜がその半導体的性質から、温
度変化に対してもその導電率が変化するが、ガスバリヤ
性の窒化けい素薄膜によって雰囲気酸素や被検ガスとの
接触を阻止するようにしているので、その導電率は温度
のみによって変化することになり、温度センサとして使
用することができる。
【００１６】しかも、このとき温度センサとして、ガス
センサと同じ金属酸化物半導体薄膜を用いているため、
両センサを同時に形成させることができ、また両センサ
の温度特性が等しいため、温度補償が容易かつ高精度と
なる利点もみられる。
センサと同じ金属酸化物半導体薄膜を用いているため、
両センサを同時に形成させることができ、また両センサ
の温度特性が等しいため、温度補償が容易かつ高精度と
なる利点もみられる。
【００１７】
【発明の効果】本発明により、比較的単純な工程で作製
でき、しかも温度補償を容易にし、高精度な温度センサ
と一体化されたガスセンサが得られる。
でき、しかも温度補償を容易にし、高精度な温度センサ
と一体化されたガスセンサが得られる。
【００１８】
【実施例】アルミナ基板の表面上に、金ペ−ストの厚膜
からなる２組の対向電極を設け、これらの対向電極を覆
うように、金属酸化物半導体薄膜として酸化錫膜（膜厚
約１５００Åのトリメチル錫のプラズマ重合膜を熱処理
したもの）を形成させた。
からなる２組の対向電極を設け、これらの対向電極を覆
うように、金属酸化物半導体薄膜として酸化錫膜（膜厚
約１５００Åのトリメチル錫のプラズマ重合膜を熱処理
したもの）を形成させた。
【００１９】次に、その内の１組の対向電極を覆った酸
化錫膜上をアルミニウム箔で覆った後、プラズマＣＶＤ
法により、窒化けい素の膜（膜厚約６０００Å）を全面
に形成させた。
化錫膜上をアルミニウム箔で覆った後、プラズマＣＶＤ
法により、窒化けい素の膜（膜厚約６０００Å）を全面
に形成させた。
【００２０】反応ガス流量：SiH415cc／分、NH330cc／
分、N2150cc／分 圧力 ：0.5Torr 高周波電力 ：150Ｗ 堆積時間 ：20分間 基板温度 ：250℃
分、N2150cc／分 圧力 ：0.5Torr 高周波電力 ：150Ｗ 堆積時間 ：20分間 基板温度 ：250℃
【００２１】その後、金属マスクとして用いられたアル
ミニウム箔を剥離し、アルミニウム箔でマスキングされ
なかった部分の酸化錫膜上に窒化けい素膜を形成させ
た。また、基板の裏面側には、金ペ−ストを用いて、膜
厚約１μmの膜状ヒ−タを形成させた。
ミニウム箔を剥離し、アルミニウム箔でマスキングされ
なかった部分の酸化錫膜上に窒化けい素膜を形成させ
た。また、基板の裏面側には、金ペ−ストを用いて、膜
厚約１μmの膜状ヒ−タを形成させた。
【００２２】以上のようにして作製されたガスセンサに
ついて、窒化けい素膜で覆った方の電極出力で温度補償
を行った場合のメタノ−ルガスに対するガス感度特性
を、素子温度を400℃とし雰囲気温度20℃(○)または50
℃(●)で測定すると、図２に示されるような結果が得ら
れた。
ついて、窒化けい素膜で覆った方の電極出力で温度補償
を行った場合のメタノ−ルガスに対するガス感度特性
を、素子温度を400℃とし雰囲気温度20℃(○)または50
℃(●)で測定すると、図２に示されるような結果が得ら
れた。
【００２３】また、温度補償が行われない場合（ヒ−タ
温度を素子温度ではなく、10Ｖのヒ−タ電圧のみで制御
した場合）には、図３に示されるような結果が得られ、
雰囲気温度50℃とした場合に感度が低下するのは、メタ
ノ−ルガスに対するガス感度の温度依存性によるものと
考えられる。
温度を素子温度ではなく、10Ｖのヒ−タ電圧のみで制御
した場合）には、図３に示されるような結果が得られ、
雰囲気温度50℃とした場合に感度が低下するのは、メタ
ノ−ルガスに対するガス感度の温度依存性によるものと
考えられる。
【００２４】このように、これら図２〜３の結果から、
本発明のガスセンサでは温度補償が適切に行われている
ことが分る。
本発明のガスセンサでは温度補償が適切に行われている
ことが分る。
【図１】本発明に係るガスセンサの一態様の斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明に係るガスセンサを用いたときのメタノ
−ルガス濃度と感度との関係を示すグラフである。
−ルガス濃度と感度との関係を示すグラフである。
【図３】温度補償が行れないときのメタノ−ルガス濃度
と感度との関係を示すグラフである。
と感度との関係を示すグラフである。
１ 基板 ２ａ,２ｂ 対向電極 ３ａ,３ｂ 対向電極 ４ 金属酸化物半導体薄膜 ５ ガスバリヤ性の耐熱絶縁性薄膜
Claims (1)
- 【請求項１】 同一基板の表面上に同じ金属酸化物半導
体薄膜で覆われた２組の対向電極を設け、その内の１組
の対向電極を覆った金属酸化物半導体薄膜上にガスバリ
ヤ性の窒化けい素薄膜を積層して被覆し、基板裏面側に
は薄膜状ヒータを設けてなるガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058001A JP2993156B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058001A JP2993156B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04273050A JPH04273050A (ja) | 1992-09-29 |
| JP2993156B2 true JP2993156B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=13071755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058001A Expired - Fee Related JP2993156B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2993156B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5716506A (en) * | 1995-10-06 | 1998-02-10 | Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Electrochemical sensors for gas detection |
| JP4419620B2 (ja) * | 2004-03-17 | 2010-02-24 | Ｔｄｋ株式会社 | ガスセンサ |
| WO2016100210A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | Robert Bosch Gmbh | Nanolaminate gas sensor and method of fabricating a nanolaminate gas sensor using atomic layer deposition |
| CN105181754B (zh) * | 2015-06-29 | 2019-02-12 | 电子科技大学 | 补偿型电阻式集成气体传感器阵列及其制备方法 |
| KR102400291B1 (ko) * | 2020-06-22 | 2022-05-19 | 아주대학교산학협력단 | 수소 검출 센서 및 이의 제조방법 |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP3058001A patent/JP2993156B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04273050A (ja) | 1992-09-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |