JP3167022B2 - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JP3167022B2 JP3167022B2 JP29203788A JP29203788A JP3167022B2 JP 3167022 B2 JP3167022 B2 JP 3167022B2 JP 29203788 A JP29203788 A JP 29203788A JP 29203788 A JP29203788 A JP 29203788A JP 3167022 B2 JP3167022 B2 JP 3167022B2
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- Japan
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- gas sensor
- gas
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- electrode
- sensor
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明はガスセンサの構造に関するものである。従来
のイオン感応電界効果型トランジスタを用いたガスセン
サを第１図に示す。ガス透過性膜Ｆで隔てた中にPH一定
の内部液PVAを保持しこの中に水素イオン選択性FET所謂
PH感応ISFET（以下ISFET）と、作用電極Ｗを配置した。
ここで内部液のPHが一定という条件下では、ISFETのゲ
ートＧは絶縁物の基準電極とみなせると同時にISFET自
身はインピーダンス変換器として動作している。このよ
うにISFET単体で構成されているので、ISFETの温度によ
る特性変動の影響を直接受ける。なお、第１図に示す作
用電極Ｗは接地されているが、その電位は一定にならな
い。即ち作用電極界面は固相−固相（この場合電極電位
は一定になる。）でなく、液相−固相界面であり、この
領域では分極作用によりその電位は一定にならない。
のイオン感応電界効果型トランジスタを用いたガスセン
サを第１図に示す。ガス透過性膜Ｆで隔てた中にPH一定
の内部液PVAを保持しこの中に水素イオン選択性FET所謂
PH感応ISFET（以下ISFET）と、作用電極Ｗを配置した。
ここで内部液のPHが一定という条件下では、ISFETのゲ
ートＧは絶縁物の基準電極とみなせると同時にISFET自
身はインピーダンス変換器として動作している。このよ
うにISFET単体で構成されているので、ISFETの温度によ
る特性変動の影響を直接受ける。なお、第１図に示す作
用電極Ｗは接地されているが、その電位は一定にならな
い。即ち作用電極界面は固相−固相（この場合電極電位
は一定になる。）でなく、液相−固相界面であり、この
領域では分極作用によりその電位は一定にならない。
また作用電極Ｗは検知しようとするガス以外にも感応
するのでさまざまな対策が提案されているが、十分な解
決にはなっていない本発明は上記ガスセンサの温度によ
る変動を低減させると共にガスの選択性を向上しようと
するものである。さらに、出力信号を安定に取り出すこ
とを容易に行なうことを目的としている。
するのでさまざまな対策が提案されているが、十分な解
決にはなっていない本発明は上記ガスセンサの温度によ
る変動を低減させると共にガスの選択性を向上しようと
するものである。さらに、出力信号を安定に取り出すこ
とを容易に行なうことを目的としている。
本発明は、作用電極界面の分極作用による電気二重層
が溶存ガスにより変化することに着目してなされたもの
であり、ISFETを用いたポテンシオメトリーによる酸素
センシングで、作用電極の種類によって応答が違うとい
う事実にもとずいている。第２図（ａ）（ｂ）は本発明
の原理を説明する作用電極として白金と金をもちいた場
合の酸素分圧に対するセンサの出力電圧を示している。
金電極の場合（ｂ）図のほうが出力電圧が大きい。した
がって、この金電極と白金電極（ａ）図との差をとれば
十分な出力電圧が得られる。この差動の出力電圧は２つ
のISFETのゲート膜上に別々の金属を付けた構成で、ソ
ースフォロワ回路による２つのISFETのソース電圧の差
で出力することができる。
が溶存ガスにより変化することに着目してなされたもの
であり、ISFETを用いたポテンシオメトリーによる酸素
センシングで、作用電極の種類によって応答が違うとい
う事実にもとずいている。第２図（ａ）（ｂ）は本発明
の原理を説明する作用電極として白金と金をもちいた場
合の酸素分圧に対するセンサの出力電圧を示している。
金電極の場合（ｂ）図のほうが出力電圧が大きい。した
がって、この金電極と白金電極（ａ）図との差をとれば
十分な出力電圧が得られる。この差動の出力電圧は２つ
のISFETのゲート膜上に別々の金属を付けた構成で、ソ
ースフォロワ回路による２つのISFETのソース電圧の差
で出力することができる。
第３図では本発明の一実施例構造を示す断面図で、１
は半導体（Si）基板、２、２′は分離領域、３、３′は
ソース領域、４、４′はドレイン領域、５は絶縁膜（ゲ
ート膜）、G1はゲート電極（金）、G2はゲート電極（白
金）、６は基準電極（金）、７は高分子ゲル（電解
質）、Ｆはガス透過性膜５である。即ちこの構成例によ
ればよれば２つの同じ特性のFET1,FET2のゲート膜上に
作用電極として上記の金G1と白金G2をそれぞれ被着す
る。また、基準電極６として金電極を上記の２つのゲー
ト金属G1、G2の近傍に配線する。そして、これらの３電
極を電解質７で覆い、この上をガス透過膜Ｆで覆うこと
で酸素ガスセンサが構成できる。電解質７としてはポリ
ビニールアルコールをリン酸緩衝液に溶かした高分子ゲ
ルPVAを用いた。この構成で酸素ガスがガス透過性膜Ｆ
を通って２つのゲート電極G1、G2と基準極６に吸着する
とそれぞれに電位変化が起きる。そこで回路構成をソー
スフォロワの差動回路とすると、２つのゲート電極G1、
G2の電位変化量には差があるので、ソースS1とソースS2
の間の電圧差は酸素ガスの濃度変化を表わすことができ
る。
は半導体（Si）基板、２、２′は分離領域、３、３′は
ソース領域、４、４′はドレイン領域、５は絶縁膜（ゲ
ート膜）、G1はゲート電極（金）、G2はゲート電極（白
金）、６は基準電極（金）、７は高分子ゲル（電解
質）、Ｆはガス透過性膜５である。即ちこの構成例によ
ればよれば２つの同じ特性のFET1,FET2のゲート膜上に
作用電極として上記の金G1と白金G2をそれぞれ被着す
る。また、基準電極６として金電極を上記の２つのゲー
ト金属G1、G2の近傍に配線する。そして、これらの３電
極を電解質７で覆い、この上をガス透過膜Ｆで覆うこと
で酸素ガスセンサが構成できる。電解質７としてはポリ
ビニールアルコールをリン酸緩衝液に溶かした高分子ゲ
ルPVAを用いた。この構成で酸素ガスがガス透過性膜Ｆ
を通って２つのゲート電極G1、G2と基準極６に吸着する
とそれぞれに電位変化が起きる。そこで回路構成をソー
スフォロワの差動回路とすると、２つのゲート電極G1、
G2の電位変化量には差があるので、ソースS1とソースS2
の間の電圧差は酸素ガスの濃度変化を表わすことができ
る。
第４図は本発明の他の実施例構造図で、この構成は上
記ポリビニールアルコールを溶かしたような高分子膜で
はなく固体電解質８（例えばプロトン導電体）を用いた
ものである。２つのゲート電極金属と基準電極となる金
属を覆うように固体電解質８を被着する構造のセンサで
ある。固体電解質を用いることにより長寿命の酸素セン
サが実現できる。
記ポリビニールアルコールを溶かしたような高分子膜で
はなく固体電解質８（例えばプロトン導電体）を用いた
ものである。２つのゲート電極金属と基準電極となる金
属を覆うように固体電解質８を被着する構造のセンサで
ある。固体電解質を用いることにより長寿命の酸素セン
サが実現できる。
以上の説明から明らかなように本発明のセンサの構造
は、ISFETの温度に対する特性変動をキャンセルするこ
とができるし、外部ノイズに対しても影響を受けにく
い。また電解質層を薄くすることによりガスの透過が素
早く行なわれるのでセンサの応答を早くすることができ
る。又、IC技術を用いることにより小型がしやすく量産
に富み安価に生産できるのでその効果は大である。
は、ISFETの温度に対する特性変動をキャンセルするこ
とができるし、外部ノイズに対しても影響を受けにく
い。また電解質層を薄くすることによりガスの透過が素
早く行なわれるのでセンサの応答を早くすることができ
る。又、IC技術を用いることにより小型がしやすく量産
に富み安価に生産できるのでその効果は大である。
第１図は従来のISFETを用いたポテンシオメトリーによ
る酸素センサの構成図である。 第２図は本発明の原理を説明する作用電極として白金と
金を用いた場合の酸素分圧に対するセンサの出力電圧特
性図。 第３図、第４図は本発明のセンサの構成例である。図
中、１は半導体基体、２、２′は分離領域、３、３′は
ドレイン領域、４、４′はソース領域、５は絶縁膜、６
は基準電極、７は電解質、８は固体電解質、G1、G2はゲ
ート電極、S1、S2はソース電極である。
る酸素センサの構成図である。 第２図は本発明の原理を説明する作用電極として白金と
金を用いた場合の酸素分圧に対するセンサの出力電圧特
性図。 第３図、第４図は本発明のセンサの構成例である。図
中、１は半導体基体、２、２′は分離領域、３、３′は
ドレイン領域、４、４′はソース領域、５は絶縁膜、６
は基準電極、７は電解質、８は固体電解質、G1、G2はゲ
ート電極、S1、S2はソース電極である。
Claims (2)
- 【請求項１】２個のMOS型電界効果トランジスタを差動
構成にし、それぞれのソース電位の差を取り出す構成の
MOS型電界効果トランジスタを用いたガスセンサにおい
て、上記MOS型電界効果トランジスタのそれぞれのゲー
ト膜上に異種の金属を被着し、さらに、基準極とする金
属を上記ゲート部の近傍に配置し、上記の３つの金属電
極を固体電解質や液体膜などの導電体で被覆するように
構成することを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項２】導電体上をガス透過性膜で被覆したことを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のガスセン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29203788A JP3167022B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29203788A JP3167022B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138857A JPH02138857A (ja) | 1990-05-28 |
| JP3167022B2 true JP3167022B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=17776713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29203788A Expired - Fee Related JP3167022B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3167022B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6041643A (en) * | 1998-07-27 | 2000-03-28 | General Electric Company | Gas sensor with protective gate, method of forming the sensor, and method of sensing |
| JP2005209369A (ja) * | 2004-01-20 | 2005-08-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池パック |
| DE102005046944A1 (de) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Micronas Gmbh | Gassensitiver Feldeffekttransistor zur Detektion von Chlor |
| KR20140089432A (ko) | 2012-01-13 | 2014-07-14 | 도꾜 다이가꾸 | 가스 센서 |
| JP5777063B2 (ja) | 2012-01-13 | 2015-09-09 | 国立大学法人 東京大学 | ガスセンサ |
| CN111735859B (zh) * | 2020-08-21 | 2021-07-20 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种GaN基气体传感器及其制备方法 |
-
1988
- 1988-11-18 JP JP29203788A patent/JP3167022B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02138857A (ja) | 1990-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |