JP3270546B2 - ガス検出器 - Google Patents

ガス検出器

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JP3270546B2
JP3270546B2 JP31368192A JP31368192A JP3270546B2 JP 3270546 B2 JP3270546 B2 JP 3270546B2 JP 31368192 A JP31368192 A JP 31368192A JP 31368192 A JP31368192 A JP 31368192A JP 3270546 B2 JP3270546 B2 JP 3270546B2
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義昭 岡山
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属酸化物半導体素子
を加熱して使用するシランガス検出器等のガス検出器に
関するものであり、特に、シランガスによる劣化を検出
する機能を備えたガス検出器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】金属酸化物半導体素子を加熱して用い
る、例えばシランガスやメタンガス、プロパンガス等の
多くのガス漏れ検出器が知られており、また、ニオイセ
ンサや一酸化炭素(CO)センサ等も知られている。例
えばシランガス検出器では、金属酸化物半導体素子とし
て酸化第二スズのN型半導体を用い、これを300℃に
加熱するとシランガスに対して選択的に高感度に反応す
ることを利用している。すなわち、シランガスが雰囲気
下に存在すると、シランが半導体素子の表面を介して電
子を供与することにより半導体素子の電気的抵抗値が変
化し、この抵抗変化を検出してシランガスの存在を検出
するようにしている。他のガス漏れ検出器においても、
特定の金属酸化物半導体素子を特定の温度に加熱するこ
とにより、該特定の金属酸化物半導体素子の表面を介し
て特定の被検出ガスが、同様の電子供与等による抵抗値
変化のような作用を行うことを利用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、シランガス
が存在する雰囲気下にこのようなガス漏れ検出器が置か
れていると、半導体素子は加熱されているので、半導体
素子表面においてシランが熱酸化されてシランの酸化物
が形成され被膜を形成してしまい、このように半導体素
子の表面が被膜で覆われてしまうと、被検出ガスが該表
面を介して作用を行うことができなくなり、ガス検出器
の機能を劣化させてしまうか、もしくはガス検出機能を
不能にしてしまうという問題がある。たとえガス漏れ検
出器がシランガス検出器の場合であっても、シランガス
の漏れを検出するまでには至らない極微量のシランガス
が雰囲気下に存在する場合には、長期間に亙ってやはり
同様の問題が生じる。これに加えて、半導体素子の表面
に被覆が形成されてガス検出の機能が損なわれた場合で
も、抵抗値変化のようなガス作用による変化等、半導体
素子自体には何等変化が起こらないので、ガス検出器の
機能の劣化もしくは不能には気付かれないままに放置さ
れることもあり得、その場合には実際にガス漏れが発生
したときには大事に至るという問題も生じ得る。
【0004】
【課題を解決するための手段】従って、本発明によれ
ば、金属酸化物の半導体素子を加熱し該半導体素子の表
面に対するガスの作用に基づいて該ガスの存在を検出す
るようにしたガス検出器において、前記半導体素子の前
記表面に配置される電極と、前記半導体素子及び前記電
極間に電圧を印加する電圧印加手段と、該電圧印加手段
により電圧が印加されたときに前記半導体素子の前記表
面及び前記電極間に流れる電流の変化により前記金属酸
化物半導体素子の前記表面の劣化を判別する劣化判別手
段とを備えたガス検出器が提供される。
【0005】
【作用】半導体素子と電極との間に電圧を印加して両者
間に流れる電流の変化を監視することにより、半導体素
子の表面の状態を監視するようにしたので、ガス検出器
の劣化を容易に判別できる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図1は、本発明の一実施例によるガス漏れ検出器
を、シランガス検出器を例に取って示すもので、アルミ
ナ等の基板10の上部の表面10aには、酸化第二スズ
(SnO2)を主材とする薄膜の半導体素子12が形成さ
れており、該半導体素子12の左右には電極14が設け
られている。また、基板10の背面10bには酸化ルテ
ニウム(RuO)のペーストによるヒータ16が形成され
ており、該ヒータ16の両端には電極18が設けられて
いる。半導体素子12の表面にはわずかに隙間h(例え
ば0.3mm)をあけて先端の尖った電極であるプローブ
20が配置されている。なお、半導体素子12は、薄膜
型に限らず、焼結型等の他の形式のものであっても良
い。また、ヒータ16もペーストに限られるものではな
い。
【0007】ヒータ16の両端の電極18にはヒータ回
路Hが接続されており、該ヒータ回路Hは、電源供給線
L1から電源供給を受けて、半導体素子12を一定温
度、例えば300℃に保つように両端の電極18を介し
てヒータ16に定電圧を供給する。
【0008】また、半導体素子12の両端の電極14に
は、切換スイッチSの一方の接点位置を介して電源供給
線L2から電源供給を受ける検出回路Dが接続されてい
る。検出回路Dは、該検出回路D内部に設けられている
例えばコンパレータ等を利用して半導体素子の両電極1
4間の電圧を基準電圧と比較することにより半導体素子
12の抵抗変化を検出し、シランガス検出を行う。シラ
ンガスの検出結果は同じ電源供給線L2を介して取り出
し得る。このように電源供給線L2は、信号伝送線とし
ても用いられ得る。なお、検出結果の取り出しは、検出
回路Dに別の信号伝送線を接続して行うようにしても良
い。
【0009】さらに、プローブ20と半導体素子12の
一方の電極14との間には劣化判別回路DJが接続され
ており、切換スイッチSが他方の接点位置に置かれてい
るときには、該劣化判別回路DJも検出回路Dと同じ電
源供給線L2から電源供給を受ける。劣化判別回路DJ
は、トランスを利用して電源供給線L2上の電圧を例え
ば50ボルトまで昇圧する3T回路等による昇圧回路T
と、プローブ20及び一方の電極14間の抵抗値、特
に、プローブ20及び半導体素子表面間の抵抗値に基づ
く電圧を例えばコンパレータ等でもって基準電圧と比較
して劣化を判別する判別回路Cとにより構成されてお
り、劣化の判別結果は検出回路Dと同様、電源供給線L
2を介して取り出し得る。検出回路Dの場合と同様、検
出結果の取り出しは判別回路Cに別の信号伝送線を接続
して行うようにしても良い。
【0010】以上の構成の動作について説明すると、シ
ランガスは半導体の製造時等に使用されるものである
が、このようなシランガスの漏れを検出するために、微
量の触媒を加えた酸化第二スズのN型半導体である半導
体素子12は、ヒータ16により300℃の一定温度に
保たれている。というのは、上記N型半導体は、300
℃に加熱すると、シランガスに対して選択的に高感度に
反応して抵抗値が変化するからである。また、切換スイ
ッチSは一方の位置(図示の位置)にあって、通常、検
出回路Dが働いており、半導体素子12の抵抗値の変化
を監視している。雰囲気中にシランガスが発生し、半導
体素子12の表面にシランが吸着されると、シランの電
子が半導体に供与されて該半導体素子の抵抗値が変化
し、この抵抗変化に基づく両端電極14間の電圧変化
を、基準電圧との比較等により検出回路Dにより検出す
ることによりシランガスが検出される。検出結果は、電
源供給線L2を介して取り出されて、例えば火災受信機
や中央監視センタ等にシランガス漏れ情報を伝送するこ
とが可能となる。
【0011】例えばシランガスの検出頻度が多数回に渡
ったり、またはシランガス漏れ情報を発報することのな
い程度の極微量のシランガスが存在する雰囲気下に半導
体素子12がさらされていたような場合には、半導体素
子12は加熱されているので、素子表面においてシラン
が熱酸化され、長期に亙るとシランの酸化物が半導体素
子表面に堆積し、例えば絶縁物である酸化ケイ素の被膜
を形成してしまう。被膜が形成されると、半導体素子表
面へのシランの吸着が行われなくなって当然シランガス
を検出できなくなり、シランガス検出機能が劣化してし
まう。この被膜は絶縁物であるにも拘わらず半導体素子
表面にだけ形成されるので、半導体素子自体の抵抗値に
は殆ど影響することなく、半導体素子の両端電極14間
の抵抗値からその検出機能の劣化を判別することはでき
ない。
【0012】半導体素子12のシランガス検出機能の劣
化を判別するためには、切換命令入力を与えることによ
り、切換スイッチSを図示の一方の接点位置から他方の
接点位置に切り換える。切換スイッチSへの切換命令入
力は、図示しない監視盤から定期的に与えるようにして
も良く、また、劣化判別が望まれるときに点検員によっ
て操作される手動入力であっても良い。
【0013】半導体素子12の劣化を判別するための切
換スイッチSの切換命令入力があると、切換スイッチS
の接点が切り換わって検出回路Dは遮断され、電源供給
線L2からの電源は、切換スイッチSの他方の接点位置
を介して劣化判別回路DJに供給される。劣化判別回路
は、電源供給線L2を介して供給される電圧を昇圧回路
Tにより昇圧して、例えば50ボルトの高電圧をプロー
ブ20に印加する。プローブ20に高電圧が印加される
と、例えば0.3mmの距離に設定されている、半導体
素子12の表面とプローブ20の先端との間にイオン電
流が流れるが、半導体素子12が劣化していて素子表面
に絶縁物であるシランの酸化膜が形成されていると、イ
オン電流が流れにくくなる。その素子12の表面とプロ
ーブ20との間の抵抗変化をコンパレータ等を利用した
判別回路Cにより検出することにより半導体素子12の
劣化を判別することができる。劣化が判別された場合に
は、電源供給線L2を介して劣化信号として取り出すこ
とができる。なお、プローブ20の配置は、ヒータ16
により半導体素子12と同様に加熱される参照用の素子
を形成し、その素子の表面に配置するようにしても良
い。
【0014】なお、上記実施例では、本発明をシランガ
ス検出器を例にとって説明したが、金属酸化物半導体素
子を加熱して使用する、例えばメタンガスやプロパンガ
ス等のガス漏れ検出器一般や、いわゆるニオイセンサ、
一酸化炭素センサ等においても、シランガスが存在する
雰囲気中においては、金属酸化物半導体素子の(酸化第
二スズ以外の酸化亜鉛でも同様)表面にシランの酸化物
が堆積してしまうので、本発明は、シランガス検出器に
限らず、シランの酸化物が堆積する可能性を有する金属
酸化物半導体素子を用いたガス検出器全般に対して適用
可能なものである。
【0015】また、上記実施例では、プローブ20は半
導体素子12の表面にわずかな隙間hを設けて常時配置
しておくように示したが、劣化検出を行うときにのみ半
導体素子12の表面に配置するようにしても良い。劣化
検出を行うときにのみ配置する場合は、プローブ20は
わずかな隙間hを設けずに直接、半導体素子12の表面
に当接させるようにすることができる。というのは、プ
ローブ20を常時配置しておく場合にはシランの酸化物
である絶縁物が長期間に亙って堆積する空間的余裕をあ
らかじめ設けておくために隙間hが必要であるが、劣化
検出を行うときにのみ接続する場合には、そのような余
裕を設ける必要が無いからである。さらに、このように
プローブ20を直接当接させる場合には、昇圧回路Tを
省略することも可能である。
【0016】さらに、プローブ20及び劣化判別回路D
Jの双方を、劣化検出を行うときにのみシランガス検出
器に接続するようにしても良い。その場合には、劣化検
出回路DJをシランガス検出器に図示のように容易に接
続し得るように、シランガス検出器に適当な端子を設け
ておくと良い。
【0017】
【発明の効果】以上、本発明によれば、金属酸化物の半
導体素子を加熱し該半導体素子の表面に対するガスの作
用に基づいて該ガスの存在を検出するようにしたガス検
出器において、半導体素子の表面に電極を設けると共
に、半導体素子及び電極間に電圧を印加し、両者間に流
れる電流の変化により金属酸化物半導体素子の表面の状
態を監視するようにしたので、ガス検出器の劣化を容易
に判別できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるガス検出器を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
10 基板 12 半導体素子 16 ヒータ 20 プローブ(電極) S 切換スイッチ H ヒータ回路 D 検出回路 DJ 劣化判別回路 T 昇圧回路 C 判別回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/12 G08B 17/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属酸化物の半導体素子を加熱し該半導
    体素子の表面に対するガスの作用に基づいて該ガスの存
    在を検出するようにしたガス検出器において、前記半導
    体素子の前記表面に配置される電極と、前記半導体素子
    及び前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、該電
    圧印加手段により電圧が印加されたときに前記半導体素
    子の前記表面及び前記電極間に流れる電流の変化により
    前記金属酸化物半導体素子の前記表面の劣化を判別する
    劣化判別手段とを備えたガス検出器。
  2. 【請求項2】 前記電極は、前記表面にわずかに隙間を
    設けて配置され、両者間に流れる前記電流はイオン電流
    である請求項1のガス検出器。
  3. 【請求項3】 前記電極は、前記表面の劣化を判別する
    ときにのみ前記半導体素子の前記表面に当接して配置さ
    れる請求項1のガス検出器。
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