JP4366421B2 - Sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP4366421B2 JP2007312402A JP2007312402A JP4366421B2 JP 4366421 B2 JP4366421 B2 JP 4366421B2 JP 2007312402 A JP2007312402 A JP 2007312402A JP 2007312402 A JP2007312402 A JP 2007312402A JP 4366421 B2 JP4366421 B2 JP 4366421B2
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Description

本発明は、半導体表面に吸脱着した物質を検知するセンサ及びその製造方法に関する。ガスセンサやバイオセンサに応用可能である。   The present invention relates to a sensor for detecting a substance adsorbed and desorbed on a semiconductor surface and a method for manufacturing the same. It can be applied to gas sensors and biosensors.

ガスセンサやバイオセンサ等の物質の有無やその濃度を検知するセンサには、種々の方式が提案されている。   Various methods have been proposed for sensors for detecting the presence and concentration of substances such as gas sensors and biosensors.

その中でも半導体式のセンサは、物質の吸脱着により抵抗値が変化する性質を有する金属酸化物半導体を利用して物質を検出するセンサであり、ガス漏れ警報機等に用いられている。ガスセンサに用いられる半導体としては酸化物半導体、特に酸化スズが広く用いられている。現在のガスセンサ素子の課題として、被検出ガスの選択検出が挙げられる。
特開平4−344450
Among them, a semiconductor sensor is a sensor that detects a substance by using a metal oxide semiconductor having a property that a resistance value is changed by adsorption / desorption of the substance, and is used for a gas leak alarm or the like. As semiconductors used for gas sensors, oxide semiconductors, particularly tin oxide, are widely used. A problem of current gas sensor elements is selective detection of a gas to be detected.
JP-A-4-344450

ガスセンサ素子に金属酸化物半導体材料を用いる場合、金属酸化物の表面に吸着した分子の吸脱着により金属酸化物の表面に存在する空乏層幅が変化し、それに伴う抵抗値の変化を検出する場合が多い。例えば、酸化スズの場合、ガスと酸化スズ表面の吸着酸素との化学反応(燃焼)により吸着酸素が酸化スズ表面より取り除かれ、その結果、空乏層幅が減少することで抵抗値が減少する。   When a metal oxide semiconductor material is used for the gas sensor element, the width of the depletion layer present on the surface of the metal oxide changes due to adsorption / desorption of molecules adsorbed on the surface of the metal oxide, and the change in resistance value associated therewith is detected. There are many. For example, in the case of tin oxide, the adsorbed oxygen is removed from the tin oxide surface by a chemical reaction (combustion) between the gas and the adsorbed oxygen on the surface of the tin oxide, and as a result, the resistance value is reduced by reducing the depletion layer width.

以上のような動作原理であるので、金属酸化物半導体単体で用いる場合、空乏層幅を変化しうるガス種が複数混在する雰囲気下においては検出したいガスのみを検出することが困難である。
そこで、本発明は検出したいガスを検出するセンサを提供することを目的とする。
Because of the operation principle as described above, when the metal oxide semiconductor is used alone, it is difficult to detect only the gas to be detected in an atmosphere in which a plurality of gas species capable of changing the depletion layer width are mixed.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a sensor that detects a gas to be detected.

そこで、本発明は、
複数のメソ孔を有し、且つ酸化物を含む半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続している電極とを備え、
前記メソ孔内の表面の少なくとも一部が、有機物で被覆されているセンサを提供するものである。
Therefore, the present invention provides
A semiconductor film having a plurality of mesopores and containing an oxide;
An electrode electrically connected to the semiconductor film,
A sensor in which at least a part of a surface in the mesopore is coated with an organic substance is provided.

また、本発明は、
複数のメソ孔を有し、且つ酸化物を含む半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続している電極とを備え、
前記メソ孔内の表面の少なくとも一部が、前記酸化物と異なる酸化物で被覆されているセンサを提供するものである。
The present invention also provides:
A semiconductor film having a plurality of mesopores and containing an oxide;
An electrode electrically connected to the semiconductor film,
A sensor in which at least a part of a surface in the mesopore is coated with an oxide different from the oxide is provided.

また、本発明は、
複数のメソ孔を有し、且つ酸化スズを含む半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続している電極とを備え、
前記メソ孔内に無機物の粒子が担持されているセンサを提供するものである。
The present invention also provides:
A semiconductor film having a plurality of mesopores and containing tin oxide;
An electrode electrically connected to the semiconductor film,
The present invention provides a sensor in which inorganic particles are supported in the mesopores.

また、本発明は、
センサの製造方法であって、金属化合物と界面活性剤とを含む反応溶液を用意し、前記反応溶液を基板上に塗布する工程と、
前記反応溶液が塗布された基板を水蒸気を含む雰囲気中に保持し、前記基板上に金属酸化物と界面活性材とを含む膜を形成する工程と、
前記膜から界面活性剤を除去して、複数のメソ孔を有する膜を形成する工程と、
前記メソ孔内に無機物の粒子を担持する工程とを備えるセンサの製造方法を提供するものである。
The present invention also provides:
A method for producing a sensor, comprising preparing a reaction solution containing a metal compound and a surfactant, and applying the reaction solution on a substrate;
Holding the substrate coated with the reaction solution in an atmosphere containing water vapor, and forming a film containing a metal oxide and a surfactant on the substrate;
Removing the surfactant from the film to form a film having a plurality of mesopores;
And a step of supporting inorganic particles in the mesopores.

また、本発明は、
センサの製造方法であって、
金属化合物と界面活性剤とを含む反応溶液を用意し、前記反応溶液を基板上に塗布する工程と、
前記反応溶液が塗布された基板を水蒸気を含む雰囲気中に保持し、前記基板上に金属酸化物と界面活性材とを含む膜を形成する工程と、
前記膜から界面活性剤を除去して、複数のメソ孔を有する膜を形成する工程と、
前記メソ孔内の表面の少なくとも一部を有機物で被覆する工程とを備えるセンサの製造方法を提供するものである。
The present invention also provides:
A method for manufacturing a sensor, comprising:
Preparing a reaction solution containing a metal compound and a surfactant, and applying the reaction solution on a substrate;
Holding the substrate coated with the reaction solution in an atmosphere containing water vapor, and forming a film containing a metal oxide and a surfactant on the substrate;
Removing the surfactant from the film to form a film having a plurality of mesopores;
And a step of coating at least a part of the surface in the mesopores with an organic substance.

また、本発明は、
センサの製造方法であって、
金属化合物と界面活性剤とを含む反応溶液を用意し、前記反応溶液を基板上に塗布する工程と、
前記反応溶液が塗布された基板を水蒸気を含む雰囲気中に保持し、前記基板上に金属酸化物と界面活性材とを含む膜を形成する工程と、
前記膜から界面活性剤を除去して、複数のメソ孔を有する膜を形成する工程と、
前記メソ孔内の表面の少なくとも一部を無機酸化物で被覆する工程とを備えるセンサの製造方法を提供するものである。
The present invention also provides:
A method for manufacturing a sensor, comprising:
Preparing a reaction solution containing a metal compound and a surfactant, and applying the reaction solution on a substrate;
Holding the substrate coated with the reaction solution in an atmosphere containing water vapor, and forming a film containing a metal oxide and a surfactant on the substrate;
Removing the surfactant from the film to form a film having a plurality of mesopores;
And a step of coating at least a part of the surface of the mesopores with an inorganic oxide.

さらに、本発明は、
複数のメソ孔を有し、且つ酸化物を含む半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続している電極と、
前記メソ孔の孔表面に孔壁と異なる材料を含む層とを備え、
被検出物質が前記層と接触したときに、前記半導体膜の低効率が変化するセンサを提供するものである。
Furthermore, the present invention provides
A semiconductor film having a plurality of mesopores and containing an oxide;
An electrode electrically connected to the semiconductor film;
A layer containing a material different from the hole wall on the hole surface of the mesopores,
The present invention provides a sensor in which the low efficiency of the semiconductor film changes when a substance to be detected comes into contact with the layer.

本発明は、
複数のメソ孔を有し、且つ酸化物を含む半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続している電極と、
前記メソ孔の表面に孔壁と異なる材料を含む層とを備え、
前記層を通過してきた被検出物質が前記半導体膜と接したときに、前記半導体膜の抵抗率が変化するセンサを提供するものである。
The present invention
A semiconductor film having a plurality of mesopores and containing an oxide;
An electrode electrically connected to the semiconductor film;
A layer containing a material different from the hole wall on the surface of the mesopores,
The present invention provides a sensor in which the resistivity of the semiconductor film changes when a substance to be detected that has passed through the layer contacts the semiconductor film.

本発明によって、ガス分子の選択検出を行うことが可能であるセンサを提供することができる。   The present invention can provide a sensor capable of performing selective detection of gas molecules.

本発明の詳細について説明する。まず、図1から図5を用いて発明の概要を説明する。   Details of the present invention will be described. First, the outline of the invention will be described with reference to FIGS.

図1は、センサとしての構成図であり、基板13上に電極12が形成されその上に感応部として多孔質酸化物半導体膜11を形成している。図2は、図1のA1−A2の断面図であり、基板13上に電極12と多孔質酸化物半導体膜11が形成している。多孔質酸化物半導体膜は、メソ孔14を複数有している。メソ孔の説明は後述するが、メソ孔を拡大した図が図3から図5である。図3は、メソ孔内の表面が有機物16で被覆されているのを示した図である。図4は、メソ孔内の表面が、多孔質酸化物半導体膜11に含まれる酸化物と異なる酸化物17で被覆しているのを示した図である。図5は、メソ孔内に無機物の粒子23を担持しているのを示した図である。本発明では、図3から図5に示すようにメソ孔内の孔表面を被覆することや無機物の粒子を担持させることにより、ガス分子の選択検出を行うことを可能にしている。   FIG. 1 is a configuration diagram as a sensor, in which an electrode 12 is formed on a substrate 13 and a porous oxide semiconductor film 11 is formed thereon as a sensitive portion. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along A1-A2 in FIG. 1, and the electrode 12 and the porous oxide semiconductor film 11 are formed on the substrate 13. The porous oxide semiconductor film has a plurality of mesopores 14. Although the description of the meso hole will be described later, FIGS. 3 to 5 are enlarged views of the meso hole. FIG. 3 is a diagram showing that the surfaces in the mesopores are covered with the organic matter 16. FIG. 4 is a diagram showing that the surfaces in the mesopores are covered with an oxide 17 different from the oxide contained in the porous oxide semiconductor film 11. FIG. 5 is a view showing that inorganic particles 23 are supported in the mesopores. In the present invention, as shown in FIGS. 3 to 5, selective detection of gas molecules can be performed by covering the surface of the mesopores and supporting inorganic particles.

ここで、「メソ孔」とは、IUPACの分類に基づくもので、孔径が2nmから50nmの孔をメソ孔と定義している。さらに、2nm未満の孔径のものをミクロ孔と定義され、50nmより大きいものをマクロ孔と定義されている。   Here, “mesopores” are based on the IUPAC classification, and pores having a pore diameter of 2 nm to 50 nm are defined as mesopores. Furthermore, those having a pore diameter of less than 2 nm are defined as micropores, and those having a pore diameter of greater than 50 nm are defined as macropores.

メソ孔よりも孔径が大きいマクロ孔を有する構造体では、複数のメソ孔を有する構造体全体に比べて比表面積が減少する。減少するに伴い孔内に担持できる無機物の粒子や有機物や酸化物の担持量が減少する可能性がある。また、検知するガス分子の吸着量が減少する可能性もある。一方、メソ孔よりも孔径の小さいミクロ孔を有する構造体では、無機物の粒子の孔内への導入や検出対象であるガス分子の孔表面における迅速な吸着や脱離が困難になることがある。   In a structure having macropores having a larger pore diameter than mesopores, the specific surface area is reduced as compared with the whole structure having a plurality of mesopores. As the amount decreases, the amount of inorganic particles, organic matter, and oxides that can be supported in the pores may decrease. Moreover, there is a possibility that the amount of gas molecules to be detected decreases. On the other hand, in a structure having micropores smaller than mesopores, it may be difficult to introduce inorganic particles into the pores and to quickly adsorb and desorb gas molecules to be detected on the pore surface. .

よって、メソ孔を有する構造体は、ガスセンサやバイオセンサなどの小さな分子を検出するために最適な構造である。   Therefore, a structure having mesopores is an optimal structure for detecting small molecules such as a gas sensor and a biosensor.

「多孔質酸化物半導体膜」は、連続膜であることが好ましい。多孔質酸化物半導体膜11が粒子の集合体であるよりも、センサとしての利用効率が高く、センサとしての応答速度が速くなる可能性がある。   The “porous oxide semiconductor film” is preferably a continuous film. There is a possibility that the utilization efficiency as a sensor is higher and the response speed as a sensor is faster than the porous oxide semiconductor film 11 is an aggregate of particles.

多孔質酸化物半導体膜11が粒子の集合体であると、比表面積がメソ孔を有する構造体よりも小さいため、素子の利用効率が高くならない可能性や、センサとしての応答速度が遅い可能性があるからである。   When the porous oxide semiconductor film 11 is an aggregate of particles, the specific surface area is smaller than that of a structure having mesopores, so that the device utilization efficiency may not be increased and the response speed as a sensor may be slow. Because there is.

「多孔質酸化物半導体膜に含まれる酸化物」は、金属酸化物で半導体特性を示すものが好ましく。このような特性を示す金属酸化物としては酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb)、酸化タングステン(WO)がある。今回の場合は、酸化スズ(SnO)が好ましい。 The “oxide contained in the porous oxide semiconductor film” is preferably a metal oxide that exhibits semiconductor characteristics. Metal oxides exhibiting such characteristics include tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), and tungsten oxide (WO 3 ). In this case, tin oxide (SnO 2 ) is preferable.

「有機物」は、検知対象物質を選択的に捕らえ、金属酸化物の抵抗値を変化しうるものであるのであれば基本的にどのようなものを用いても良い。特に、Lewis塩基を含む有機物が好ましく用いられる。このような有機物は、例示すると次の官能基や結合を有する有機物である。
例:
官能基
ハロゲン、アルコール、アミン、ニトリル、ニトロ、スルフィド、スルホキシド、スルホン、チオール、カルボニル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、アミド、カルボン酸塩化物、カルボン酸無水物、有機カルボン酸
結合
エーテル結合、エステル結合、アミド結合
As the “organic substance”, any substance can be basically used as long as it can selectively capture the substance to be detected and change the resistance value of the metal oxide. In particular, an organic substance containing a Lewis base is preferably used. Such an organic substance is an organic substance having the following functional groups and bonds, for example.
Example:
Functional group halogen, alcohol, amine, nitrile, nitro, sulfide, sulfoxide, sulfone, thiol, carbonyl, aldehyde, ketone, carboxylic acid, amide, carboxylic acid chloride, carboxylic acid anhydride, organic carboxylic acid bond ether bond, ester bond Amide bond

「多孔質酸化物半導体膜11に含まれる酸化物と異なる酸化物」は、特定のガスを選択的に分離する酸化物や特定のガスと反応する酸化物であって、多孔質酸化物半導体膜の抵抗値を変化しうるものであればよい。例えば、酸化ケイ素がある。酸化ケイ素は、分子量の小さなガスを選択的に透過する。より具体的には水素を選択的に透過するため、水素センサとして利用可能である。   The “oxide different from the oxide contained in the porous oxide semiconductor film 11” is an oxide that selectively separates a specific gas or an oxide that reacts with a specific gas, and the porous oxide semiconductor film Any resistance value can be used. An example is silicon oxide. Silicon oxide selectively permeates a gas having a small molecular weight. More specifically, since hydrogen selectively permeates, it can be used as a hydrogen sensor.

「無機物の粒子」は、検知対象物質を含んだ気体や液体から検知対象物を触媒作用により分離又は分解する作用のある物質であれば、どのようなものを用いても構わない。例えばパラジウム(Pd)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、銀(Ag)、コバルト(Co)、金(Au)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、バナジウム(V)が好ましい。特に、水素ガスに対しては、パラジウム(Pd)、白金(Pt)が優れた選択性を示すので好ましい。   As the “inorganic particles”, any substance may be used as long as it has a function of separating or decomposing the detection target from the gas or liquid containing the detection target by catalytic action. For example, palladium (Pd), platinum (Pt), ruthenium (Ru), silver (Ag), cobalt (Co), gold (Au), nickel (Ni), copper (Cu), manganese (Mn), iron (Fe) Chrome (Cr) and vanadium (V) are preferable. Particularly, for hydrogen gas, palladium (Pd) and platinum (Pt) are preferable because they exhibit excellent selectivity.

また、同様な作用を有する金属酸化物の粒子を用いてもよい。例えば酸化第二銅(CuO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化コバルト(CoO)がある。この中で、酸化第二銅(CuO)が硫化水素に優れた選択性を示すので、硫化水素のセンサに好ましく用いられる。   Moreover, you may use the metal oxide particle | grains which have the same effect | action. Examples include cupric oxide (CuO), nickel oxide (NiO), and cobalt oxide (CoO). Among these, cupric oxide (CuO) exhibits excellent selectivity to hydrogen sulfide, and therefore is preferably used for a hydrogen sulfide sensor.

無機物の粒子の形状は、孔内に導入できる形状であれば特に制限は無い。例えば、図6に示すような球状、ワイヤ状、ロッド状、チューブ状等の形状の粒子を用いることも可能である。   The shape of the inorganic particles is not particularly limited as long as it can be introduced into the pores. For example, particles having a spherical shape, a wire shape, a rod shape, a tube shape, or the like as shown in FIG. 6 may be used.

無機物の粒子の大きさは、孔内に担持可能であれば良く。孔内へのガスの拡散を妨げるような大きさのものでなければよい。よって、無機物の粒子の形状が球状である場合はその直径が、孔直径よりも小さな物を用いることが好ましい。   The inorganic particles may have any size as long as they can be supported in the pores. It is sufficient that it is not of a size that prevents the diffusion of gas into the pores. Therefore, when the shape of the inorganic particles is spherical, it is preferable to use a particle whose diameter is smaller than the pore diameter.

「電極」は、図1に示したようなくし型電極でもいいが、それ以上の複数の電極が接合されていても良い。例えば、図7に示すように多孔質酸化物半導体膜上に複数の電極が形成されている構成や図8に示すように多孔質酸化物半導体膜の上下に電極が形成されている構成でもよい。電極は電気回路に接続され、多孔質体の抵抗値の変化を測定し、検知対象物が存在するかどうか判定する。   The “electrode” may be a comb-type electrode as shown in FIG. 1, or a plurality of electrodes may be joined. For example, a configuration in which a plurality of electrodes are formed on the porous oxide semiconductor film as shown in FIG. 7 or a configuration in which electrodes are formed above and below the porous oxide semiconductor film as shown in FIG. . The electrode is connected to an electric circuit, and a change in the resistance value of the porous body is measured to determine whether a detection target exists.

さらに、センサの感度を上げるために次のような構成を取ってもよい。
1.ヒーター
2.メソ孔(細孔)の配列と孔径
3.微結晶
Furthermore, the following configuration may be adopted in order to increase the sensitivity of the sensor.
1. 1. Heater 2. Mesopore (pore) arrangement and pore size Microcrystal

1.ヒーター
検知対象物質の吸脱着反応を促進するために、基板と多孔質酸化物半導体膜を加熱するためのヒーターを設置してもよい。寒い場所では、ガスとの反応に最適な温度に設定することができ便利である。設置する場所は、多孔質酸化物半導体膜に接するように配置することが好ましい。ただし、多孔質酸化物半導体膜とヒーターとの間に別の層があってもよい。
1. Heater A heater for heating the substrate and the porous oxide semiconductor film may be installed in order to promote the adsorption / desorption reaction of the substance to be detected. In cold places, it is convenient to set the temperature optimal for the reaction with the gas. The place to be installed is preferably arranged so as to be in contact with the porous oxide semiconductor film. However, another layer may be provided between the porous oxide semiconductor film and the heater.

2.メソ孔の配列と孔径
図9には二次元ヘキサゴナル構造のものが示されている。図9で14がメソ孔で15が細孔壁である。細孔の配置はこれに限定されるものではなく、例えば、歪んだ二次元ヘキサゴナル構造、キュービック構造、三次元ヘキサゴナル構造等のものを使用することができる。また、細孔径は均一でも明確な周期構造を持たないものでも使用することができる。
2. Arrangement of Mesopores and Hole Diameter FIG. 9 shows a two-dimensional hexagonal structure. In FIG. 9, 14 is a mesopore and 15 is a pore wall. The arrangement of the pores is not limited to this, and for example, a distorted two-dimensional hexagonal structure, cubic structure, three-dimensional hexagonal structure or the like can be used. Moreover, even if the pore diameter is uniform, those having no clear periodic structure can be used.

多孔質酸化物半導体膜11は、X線回折分析において1nm以上の構造周期性に対応する角度領域に少なくとも一つ以上の回折ピークを与えるものが好ましい。この場合、多孔質酸化物半導体膜中の孔の配列は、規則的な周期構造をもっているため、メソ孔が蜜に詰まった状態になり、比表面積が大きくなるからである。   The porous oxide semiconductor film 11 preferably gives at least one diffraction peak in an angle region corresponding to a structural periodicity of 1 nm or more in X-ray diffraction analysis. In this case, since the arrangement of the holes in the porous oxide semiconductor film has a regular periodic structure, the mesopores are clogged with nectar and the specific surface area is increased.

多孔質酸化物半導体膜11の細孔径分布の評価には、一般に窒素等のガスの吸着等温線を測定する方法が用いられ、得られた等温吸着線からBerret−Joyner−Halenda(BJH)の解析法等によって細孔径分布が計算される。   In order to evaluate the pore size distribution of the porous oxide semiconductor film 11, a method of measuring an adsorption isotherm of a gas such as nitrogen is generally used, and Berret-Joyner-Halenda (BJH) analysis is performed from the obtained isotherm adsorption line. The pore size distribution is calculated by a method or the like.

本発明に用いられる多孔質酸化物半導体膜11の細孔は、窒素ガス吸着測定からBJH法により求められ、細孔径の分布が単一の極大値を有し、かつ60%以上の細孔の直径が12nm以内の範囲に含まれるものが好ましい。   The pores of the porous oxide semiconductor film 11 used in the present invention are determined by the BJH method from the nitrogen gas adsorption measurement, and the pore diameter distribution has a single maximum value, and the pores are 60% or more. What is contained in the range within 12 nm in diameter is preferable.

3.微結晶
本発明における多孔質酸化物半導体膜11は、細孔壁が微結晶を含むことが好ましい。例えば、酸化スズの場合、酸化スズの粒径と被検出物質の検出感度の相関について、本発明者らが鋭意検討した結果、結晶子径が10nm以下、特に6nm以下の時に大きな感度を得られることが明らかになっている。
3. Microcrystal In the porous oxide semiconductor film 11 in the present invention, the pore wall preferably contains a microcrystal. For example, in the case of tin oxide, the present inventors have intensively investigated the correlation between the particle size of tin oxide and the detection sensitivity of the substance to be detected. As a result, a large sensitivity can be obtained when the crystallite diameter is 10 nm or less, particularly 6 nm or less. It has become clear.

微結晶の結晶子径は後記の水蒸気処理の工程及び界面活性剤除去の工程の条件により制御することが可能である。   The crystallite diameter of the microcrystal can be controlled by the conditions of the steam treatment step and the surfactant removal step described later.

(センサの製造方法について)
センサの製造方法について説明する。
図10は、本発明における多孔質酸化物半導体膜の製造方法を示す工程図である。
(About sensor manufacturing method)
A method for manufacturing the sensor will be described.
FIG. 10 is a process diagram showing a method for producing a porous oxide semiconductor film according to the present invention.

図10において、工程Aは、金属化合物と界面活性剤とを含む反応溶液を用意し、前記反応溶液を基板上に塗布する工程である。工程Bは、前記反応溶液が塗布された基板を水蒸気を含む雰囲気中に保持し、前記基板上に金属酸化物と界面活性材とを含む膜を形成する工程である。工程Cは、前記膜から界面活性剤を除去して、複数のメソ孔を有する膜を形成する工程である。工程D1は、前記メソ孔内の表面の少なくとも一部を有機物又は酸化物で被覆する工程であり、工程D2は、前記メソ孔内に無機物の粒子を担持する工程である。   In FIG. 10, step A is a step of preparing a reaction solution containing a metal compound and a surfactant and applying the reaction solution onto a substrate. Step B is a step of holding the substrate coated with the reaction solution in an atmosphere containing water vapor and forming a film containing a metal oxide and a surfactant on the substrate. Step C is a step of forming a film having a plurality of mesopores by removing the surfactant from the film. Step D1 is a step of covering at least a part of the surface of the mesopores with an organic substance or oxide, and Step D2 is a step of supporting inorganic particles in the mesopores.

工程AとBとを経ることにより、前記基板上に界面活性剤の集合体からなり、後にメソ孔となる領域を有した膜状の多孔質酸化物半導体膜の前駆体が形成される。   By passing through the processes A and B, the precursor of the film-form porous oxide semiconductor film which consists of the aggregate | assembly of surfactant on the said board | substrate and has the area | region used as a mesopore later is formed.

このような構造体は、界面活性剤が自己集合することでミセルを形成してメソ孔(細孔)の鋳型となり、さらに金属化合物により細孔壁が形成されるためにでき上がる。   Such a structure is formed because the surfactant self-assembles to form micelles to become a template for mesopores (pores), and further, pore walls are formed by the metal compound.

工程Bにおける水蒸気雰囲気中への多孔質酸化物半導体膜の前駆体の保持を行うと、形成される多孔質酸化物半導体膜の前駆体の細孔構造規則性は高くなると同時に、水蒸気により塗布直後非晶質であった酸化物半導体の結晶化が誘起される。   When holding the precursor of the porous oxide semiconductor film in the water vapor atmosphere in the step B, the pore structure regularity of the precursor of the porous oxide semiconductor film to be formed becomes high and at the same time immediately after application by water vapor. Crystallization of the amorphous oxide semiconductor is induced.

さらに、工程Cを経ることで、界面活性剤は除去され、多孔質酸化物半導体膜が形成される。工程D1や工程D2を経て多孔質酸化物半導体膜の膜表面及び孔表面を改質することや無機物の粒子を孔内に担持することができる。これにより被検出物質の選択検出機能を付与することができる。   Furthermore, through Step C, the surfactant is removed, and a porous oxide semiconductor film is formed. Through the process D1 and the process D2, the film surface and the hole surface of the porous oxide semiconductor film can be modified, and inorganic particles can be supported in the holes. Thereby, the selection detection function of a to-be-detected substance can be provided.

その後、多孔質酸化物半導体膜の抵抗値変化を検出する電極を形成してもよい。電極を形成する工程は、多孔質酸化物半導体膜に電極を接続できるのであればどの工程で行っても良く、工程D1や工程D2の後に行っても良く、また工程Aの前に行っても良い。
以下、各工程について詳細に説明する。
Thereafter, an electrode for detecting a change in resistance value of the porous oxide semiconductor film may be formed. The step of forming the electrode may be performed in any step as long as the electrode can be connected to the porous oxide semiconductor film, may be performed after the step D1 or the step D2, or may be performed before the step A. good.
Hereinafter, each step will be described in detail.

(工程A:金属化合物と界面活性剤とを含む反応溶液を用意し、前記反応溶液を基板上に塗布する工程)
工程Aでは、まず金属化合物、界面活性剤を含む反応溶液を調製する。
(Step A: Step of preparing a reaction solution containing a metal compound and a surfactant and applying the reaction solution on a substrate)
In step A, a reaction solution containing a metal compound and a surfactant is first prepared.

(A−1:反応溶液の調整)
金属化合物は、酸化物半導体作製のための材料であり、これらは例えば、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)等を含む。この中で特にスズを含む金属化合物を用いるのが好ましい。
(A-1: Preparation of reaction solution)
A metal compound is a material for manufacturing an oxide semiconductor, and these include, for example, tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), niobium (Nb), and the like. Among these, it is particularly preferable to use a metal compound containing tin.

以下、スズ化合物を例にとって説明する。   Hereinafter, a tin compound will be described as an example.

スズ化合物には、例えば塩化第一スズ(SnCl)、塩化第二スズ(SnCl)等のスズの塩化物やスズイソプロポキシド、スズエトキシド等スズのアルコキシドが挙げられるが、本発明に適用可能なスズ化合物はこれらに限定されるものではない。
界面活性剤はミセルを形成し、細孔の鋳型となる。
この界面活性剤には、非イオン性界面活性剤が好ましく用いられる。
Examples of the tin compound include tin chlorides such as stannous chloride (SnCl 2 ) and stannic chloride (SnCl 4 ), and tin alkoxides such as tin isopropoxide and tin ethoxide, but are applicable to the present invention. The tin compound is not limited to these.
The surfactant forms micelles and becomes a pore template.
A nonionic surfactant is preferably used for this surfactant.

特に、エチレンオキサイドを含んでいる非イオン界面活性剤が好適であり、このような界面活性剤は、次のようなものがある。
例:
<HO(CHCHO)20(CHCH(CH)O)70(CHCHO)20H>のようなトリブロックコポリマー
ポリオキシエチレン(10)ドデシルエーテル<C1225(CHCHO)10OH>
ポリオキシエチレン(10)テトラデシルエーテル<C1429(CHCHO)10OH>
ポリオキシエチレン(10)ヘキサデシルエーテル<C1633(CHCHO)10OH>
ポリオキシエチレン(10)ステアリルエーテル<C1837(CHCHO)10OH>
以上の界面活性剤のうち、トリブロックコポリマーがより好適に用いられる。
In particular, nonionic surfactants containing ethylene oxide are suitable, and such surfactants include the following.
Example:
Triblock copolymer polyoxyethylene (10) dodecyl ether <C 12 H 25 <HO (CH 2 CH 2 O) 20 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20 H> (CH 2 CH 2 O) 10 OH>
Polyoxyethylene (10) tetradecyl ether <C 14 H 29 (CH 2 CH 2 O) 10 OH>
Polyoxyethylene (10) hexadecyl ether <C 16 H 33 (CH 2 CH 2 O) 10 OH>
Polyoxyethylene (10) stearyl ether <C 18 H 37 (CH 2 CH 2 O) 10 OH>
Of the above surfactants, triblock copolymers are more preferably used.

溶媒には、メタノール、エタノール等のアルコールが適しているが、アルコールと水といった混合溶媒でも使用が可能で、液体であり前記金属化合物と界面活性剤を溶解可能であればこれに限るものではない。さらに、触媒として酸等を適宜加えても良い。
以上までが反応溶液の調整である。
As the solvent, alcohol such as methanol and ethanol is suitable, but it is not limited to this as long as it can be used in a mixed solvent such as alcohol and water and is a liquid and can dissolve the metal compound and the surfactant. . Furthermore, an acid or the like may be appropriately added as a catalyst.
The above is the preparation of the reaction solution.

(A−2:反応溶液の塗布)
次に調整した反応溶液を基板上に塗布する。
(A-2: Application of reaction solution)
Next, the prepared reaction solution is applied onto the substrate.

基板は、反応溶液に対して安定なもの、すなわち反応溶液と基板とが化学反応を起しにくいものが好ましい。例示すると、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等が挙げられる。もちろん、プラスチックなどのフレキシブルなフィルムを基板として用いることもできる。   The substrate is preferably one that is stable to the reaction solution, that is, one that does not easily cause a chemical reaction between the reaction solution and the substrate. Illustrative examples include glass, ceramics, resin, metal and the like. Of course, a flexible film such as plastic can also be used as the substrate.

なお、図1、図2に示したように、基板に電極が形成されているものを基板として用いれば、後に説明する工程B、Cを経ることで、電極と多孔質体との接続を容易に行うことができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, if a substrate having an electrode formed thereon is used as the substrate, the connection between the electrode and the porous body is facilitated through the steps B and C described later. Can be done.

この基板に簡便かつ短時間に塗布できる方法としてはキャスト法、ディップコート法、スピンコート法が有効である。   Casting, dip coating, and spin coating methods are effective as methods that can be applied to the substrate easily and in a short time.

また、他に大量生産性に優れているスプレーコート法等、基板上に反応溶液を塗布できる方法であればこれに限らない。   In addition, the method is not limited to this as long as the reaction solution can be applied on the substrate, such as a spray coating method that is excellent in mass productivity.

以上が反応溶液を塗布する工程であるが、該工程Aの後、工程Bに移行する前に、基板上の反応溶液(特に溶媒)を一旦乾燥させることが好ましい。   The above is the step of applying the reaction solution, but it is preferable to dry the reaction solution (particularly the solvent) on the substrate once after the step A and before shifting to the step B.

例えば、工程Aの後、25℃から50℃の範囲で、10%〜30%の湿度で溶媒を乾燥させる乾燥工程を経て、その後工程Bを行うのが好ましい。
この工程により、膜の均一性が向上する。
For example, after step A, it is preferable to perform step B after a drying step in which the solvent is dried at a humidity of 10% to 30% in the range of 25 ° C. to 50 ° C.
This step improves the uniformity of the film.

(工程B:前記反応溶液が塗布された基板を水蒸気を含む雰囲気中に保持し、前記基板上に金属酸化物と界面活性材とを含む膜を形成する工程)
次に、反応溶液を塗布、乾燥させた基板を、水蒸気を含む雰囲気中に保持し、多孔質酸化物半導体膜前駆体を形成する。
(Step B: A step of holding the substrate coated with the reaction solution in an atmosphere containing water vapor and forming a film containing a metal oxide and a surfactant on the substrate)
Next, the substrate on which the reaction solution has been applied and dried is held in an atmosphere containing water vapor to form a porous oxide semiconductor film precursor.

工程Bにおける水蒸気を含む雰囲気は、湿度40%以上100%以下であることが好ましく、温度は100℃以下であることが好ましい。   The atmosphere containing water vapor in step B is preferably a humidity of 40% or more and 100% or less, and a temperature of 100 ° C. or less.

ただし、この範囲外の条件であっても、目的の多孔質酸化物半導体膜の前駆体膜が形成できる範囲であれば用いることが可能である。   However, even conditions outside this range can be used as long as the target porous oxide semiconductor film precursor film can be formed.

この工程を経ることによって膜の連続性が大きく向上し、同時に多孔質酸化物半導体内のメソ細孔の均一性、つまり構造規則性を向上させることができる。   Through this process, the continuity of the film is greatly improved, and at the same time, the uniformity of mesopores in the porous oxide semiconductor, that is, the structural regularity can be improved.

また、工程Bにおける水蒸気を含む雰囲気中の保持時間で酸化物半導体の結晶化が進行する。
水蒸気処理時間は目的の結晶度等により適宜決定することができる。
In addition, crystallization of the oxide semiconductor proceeds in the holding time in the atmosphere containing water vapor in Step B.
The steam treatment time can be appropriately determined depending on the target crystallinity and the like.

(工程C:前記膜から界面活性剤を除去して、複数のメソ孔を有する膜を形成する工程)
界面活性剤の除去方法には様々な方法があるが、その中で熱を加えて界面活性剤を分解除去する焼成処理は簡便な方法であり、さらに焼成処理により細孔壁に存在する酸化物半導体の結晶化を促進する効果があるため、好ましい除去方法である。
(Step C: Step of removing a surfactant from the film to form a film having a plurality of mesopores)
There are various methods for removing the surfactant. Among them, the baking treatment in which the surfactant is decomposed and removed by applying heat is a simple method, and the oxide present on the pore wall by the baking treatment. This is a preferable removal method because it has an effect of promoting crystallization of the semiconductor.

しかし、焼成温度が高いと酸化物半導体の結晶化は進行するが、それに伴い細孔構造が乱れる傾向がある。   However, when the firing temperature is high, crystallization of the oxide semiconductor proceeds, but the pore structure tends to be disturbed accordingly.

したがって、焼成処理により界面活性剤を除去する際には、焼成温度は細孔構造が保たれるような最適な温度に設定する必要がある。   Therefore, when the surfactant is removed by the firing treatment, the firing temperature needs to be set to an optimum temperature that maintains the pore structure.

また、基板材料が高温で変形する場合、例えば、プラスチックの基板材料を用いた場合で焼成処理を行うことが困難な場合には、超臨界流体や溶剤による界面活性剤の抽出を行うことも可能である。   In addition, when the substrate material is deformed at a high temperature, for example, when a plastic substrate material is used and it is difficult to perform the baking treatment, it is possible to extract the surfactant with a supercritical fluid or a solvent. It is.

超臨界流体や溶剤による界面活性剤の抽出においては、界面活性剤除去後の細孔表面の水酸基の密度を高く保持でき、その結果、有機物による改質の密度を上げることができる。   In the extraction of the surfactant with a supercritical fluid or a solvent, the density of hydroxyl groups on the pore surface after the removal of the surfactant can be kept high, and as a result, the density of modification with organic substances can be increased.

他にも、紫外光照射、オゾンによる酸化分解による界面活性剤の分解除去等様々な方法があるが、多孔質酸化物半導体膜の細孔構造が維持される方法であれば、上記の方法に限定されず、どのような除去方法も用いることが可能である。   There are various other methods such as ultraviolet light irradiation, decomposition and removal of surfactants by oxidative decomposition with ozone, and the above method can be used as long as the pore structure of the porous oxide semiconductor film is maintained. Without being limited, any removal method can be used.

(工程D1:前記メソ孔内の表面の少なくとも一部を有機物又は酸化物で被覆する工程)
多孔質酸化物半導体膜の細孔表面及び膜表面を多孔質酸化物半導体膜と異なる物質で改質する。
(Step D1: Step of coating at least a part of the surface in the mesopores with an organic substance or an oxide)
The pore surface and the membrane surface of the porous oxide semiconductor film are modified with a material different from that of the porous oxide semiconductor film.

本発明において孔表面を改質する物質は、有機物である場合と、無機酸化物である場合とがある。   In the present invention, the substance that modifies the pore surface may be an organic substance or an inorganic oxide.

以下にそれぞれの場合について説明する。
1.細孔表面を改質する物質が有機物である場合
有機物を多孔質酸化物半導体膜11表面に共有結合で固定させるにはどのような方法を用いても良いが、シランカップリング剤を用いて共有結合を形成する方法が好ましい。これは、シランカップリング剤を用いることにより酸化物半導体の表面に容易に有機物を結合することができるからである。また、シランカップリング剤を用いて多孔質酸化物半導体膜11の孔表面に有機物を形成した後に、有機物の官能基を修飾したり、化学反応により別の官能基に置き換えたりしても良い。
2.細孔表面を改質する物質が酸化ケイ素である場合
酸化ケイ素で細孔表面を改質する方法は、形成された酸化ケイ素が細孔を塞ぐことがなければどのような方法を用いてもよい。シランカップリング剤を用いてケイ素化合物を前記表面に結合させ、その後酸化雰囲気中の熱処理によりケイ素化合物を酸化ケイ素に変化させることが好ましい。
Each case will be described below.
1. When the substance that modifies the pore surface is an organic substance, any method may be used to fix the organic substance to the surface of the porous oxide semiconductor film 11 by a covalent bond, but the substance is shared by using a silane coupling agent. A method of forming a bond is preferred. This is because an organic substance can be easily bonded to the surface of the oxide semiconductor by using a silane coupling agent. Further, after forming an organic substance on the pore surface of the porous oxide semiconductor film 11 using a silane coupling agent, the functional group of the organic substance may be modified or replaced with another functional group by a chemical reaction.
2. When the substance that modifies the pore surface is silicon oxide Any method may be used for modifying the pore surface with silicon oxide as long as the formed silicon oxide does not block the pores. . It is preferable to bond a silicon compound to the surface using a silane coupling agent and then change the silicon compound to silicon oxide by heat treatment in an oxidizing atmosphere.

このような工程を経ることにより細孔表面に比較的均一に酸化ケイ素を被覆することが可能となるからである。   This is because it is possible to coat the surface of the pores with silicon oxide relatively uniformly through such a process.

(工程D2:前記メソ孔内に無機物の粒子を担持する工程)
多孔質酸化物半導体膜の孔内部に無機物の粒子を担持する。
(Step D2: Step of supporting inorganic particles in the mesopores)
Inorganic particles are supported inside the pores of the porous oxide semiconductor film.

これらの物質からなる粒子の孔内への導入方法は、多孔質酸化物半導体膜の孔構造を大きく変化させ、その比表面積を著しく減少させるものでなければどのような方法を用いて導入してもよい。   As a method for introducing particles made of these substances into the pores, any method can be used as long as the pore structure of the porous oxide semiconductor film is significantly changed and the specific surface area is not significantly reduced. Also good.

金属の粒子を多孔質酸化物半導体膜の孔内に担持する場合、水溶液等の溶液に溶解した金属化合物を、多孔質酸化物半導体膜の孔内に導入し、金属化合物を還元することにより孔内に金属の粒子を形成することが好ましい。   When supporting metal particles in the pores of the porous oxide semiconductor film, a metal compound dissolved in a solution such as an aqueous solution is introduced into the pores of the porous oxide semiconductor film, and the pores are reduced by reducing the metal compound. It is preferable to form metal particles inside.

例えば、パラジウムを導入する場合、パラジウム化合物を含む溶液を多孔質酸化物半導体膜の孔内へ導入し、その後還元処理することにより孔内でパラジウムの粒子を形成することができる。   For example, in the case of introducing palladium, palladium particles can be formed in the pores by introducing a solution containing a palladium compound into the pores of the porous oxide semiconductor film and then performing a reduction treatment.

パラジウム化合物には、
酢酸パラジウム(Pb(CHCOO))、
塩化パラジウム(II)(PdCl)、
硝酸パラジウム(II)(Pd(NO)、
ジニトロジアンミンパラジウム(II)([Pd(NO(NH])、
ジクロロジアンミンパラジウム(II)([Pd(NHCl])、
テトラアンミンパラジウム(II)ジクロライド([Pd(NH]Cl・nHO)、
テトラアンミンパラジウム(II)硝酸塩(Pd(NH(NO)等があり、
上記過程を経て孔内へパラジウム粒子を形成できるものであればどれを用いても構わない。
Palladium compounds include
Palladium acetate (Pb (CH 3 COO) 2 ),
Palladium (II) chloride (PdCl 2 ),
Palladium (II) nitrate (Pd (NO 3 ) 2 ),
Dinitrodiammine palladium (II) ([Pd (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 ]),
Dichlorodiammine palladium (II) ([Pd (NH 3 ) 2 Cl 2 ]),
Tetraamminepalladium (II) dichloride ([Pd (NH 3 ) 4 ] Cl 2 .nH 2 O),
Tetraamminepalladium (II) nitrate (Pd (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 ), etc.
Any material can be used as long as it can form palladium particles in the pores through the above process.

また、例えば白金を導入する場合も、白金化合物を含む溶液を多孔質酸化物半導体膜の孔内へ導入し、その後還元処理することにより孔内で白金の粒子を形成することができる。   Also, for example, when platinum is introduced, platinum particles can be formed in the pores by introducing a solution containing a platinum compound into the pores of the porous oxide semiconductor film and then performing a reduction treatment.

白金化合物には
塩化白金(IV)酸(H[PtCl]・6HO)、
ジニトロジアンミン白金(II)([Pt(NO(NH])、
テトラアンミンジクロロ白金(II)({Pt(NH}Cl・HO)、
ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸カリウム(K[Pt(OH)])、
硝酸白金(IV)(Pt(NO)等があり、
上記過程を経て孔内へ白金粒子を形成できるものであればどれを用いても構わない。
Platinum compounds include platinum (IV) chloride (H 2 [PtCl 6 ] · 6H 2 O),
Dinitrodiammine platinum (II) ([Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 ]),
Tetraamminedichloroplatinum (II) ({Pt (NH 3 ) 4 } Cl 2 .H 2 O),
Hexahydroxoplatinum (IV) acid potassium (K 2 [Pt (OH) 6 ]),
Platinum nitrate (IV) (Pt (NO 3 ) 4 ), etc.
Any material can be used as long as platinum particles can be formed in the pores through the above process.

また、酸化物の粒子を多孔質酸化物半導体膜の孔内に担持する場合には、まず金属の粒子を先に形成し、その後多孔質酸化物半導体膜の孔内へ導入して、孔内で金属粒子を酸化して酸化物粒子を形成することが好ましい。   In addition, when the oxide particles are supported in the pores of the porous oxide semiconductor film, the metal particles are first formed and then introduced into the pores of the porous oxide semiconductor film. The metal particles are preferably oxidized to form oxide particles.

例えば、酸化銅の場合には、銅(Cu)の粒子を形成しておき、その後銅の粒子を分散させた溶液中に多孔質半導体膜を浸漬して、孔内へ銅粒子を導入し、その後銅粒子を酸化することで酸化第二銅(CuO)を孔内で形成する。   For example, in the case of copper oxide, copper (Cu) particles are formed, and then the porous semiconductor film is immersed in a solution in which the copper particles are dispersed to introduce the copper particles into the pores. Then, cupric oxide (CuO) is formed in the holes by oxidizing the copper particles.

以上、説明したように、工程Aから工程Eを経ることで、均一径のメソ孔と、孔壁に微結晶を備え、孔内に無機物の粒子を担持した多孔質酸化物半導体膜を形成することができる。   As described above, a porous oxide semiconductor film having mesopores with a uniform diameter, microcrystals on the pore walls, and carrying inorganic particles in the pores is formed by going through steps A to E. be able to.

以上説明したように、工程Aから工程D(D1、D2)を経ることで、細孔表面を有機物又は無機酸化物で改質した多孔質酸化物半導体膜を形成することができる。   As described above, the porous oxide semiconductor film in which the pore surface is modified with an organic substance or an inorganic oxide can be formed by passing through the process A to the process D (D1, D2).

さらに、上記多孔質酸化物半導体膜に電極を接続することで、センサを作製することができる。   Furthermore, a sensor can be manufactured by connecting an electrode to the porous oxide semiconductor film.

例えば、図2のような構成で電極と多孔質酸化物半導体膜を接続する場合は、基板に先に電極を形成し基板として、その後工程A〜Dを行えば、多孔質体と電極を良好に接触させることができる。   For example, when the electrode and the porous oxide semiconductor film are connected in the configuration as shown in FIG. 2, the porous body and the electrode are good if the electrodes are first formed on the substrate and then the processes A to D are performed. Can be contacted.

図7のような構成の場合は、基板上に多孔質酸化物半導体膜を形成し、その上に電極を形成すればよい。   In the case of the structure shown in FIG. 7, a porous oxide semiconductor film may be formed on a substrate and an electrode may be formed thereon.

図8のような構成の場合は、基板上に電極を形成したあと、又は電極材料からなる基板を用いて基板上に多孔質酸化物半導体膜を形成し、その上にさらに電極を形成すればよい。   In the case of the configuration as shown in FIG. 8, after forming an electrode on a substrate, or using a substrate made of an electrode material, a porous oxide semiconductor film is formed on the substrate, and an electrode is further formed thereon. Good.

電極を形成する工程は、多孔質酸化物半導体膜を形成する工程A〜Dの前後でもその両方で行っても構わない。   The step of forming the electrode may be performed before or after the steps A to D of forming the porous oxide semiconductor film.

電極材料は、多孔質酸化物半導体膜の形成過程でエッチング等の化学変化が発生しない材料が望ましく、具体的には金(Au)、白金(Pt)が望ましい。   The electrode material is preferably a material that does not undergo chemical changes such as etching during the formation of the porous oxide semiconductor film, and specifically gold (Au) or platinum (Pt).

しかし、多孔質酸化物半導体膜の形成過程で形状変化や物理的、化学的、電気的性質が変化しないのであればどの電極材料を用いてもよい。   However, any electrode material may be used as long as the shape change and physical, chemical, and electrical properties do not change during the formation process of the porous oxide semiconductor film.

電極の形成には真空蒸着法やスパッタリング法、電着法等一般的な金属電極形成方法を用いることができる。   For forming the electrode, a general metal electrode forming method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an electrodeposition method can be used.

[実施例1]
(孔表面を有機物で被覆した実施例:アミノプロピル基を含む有機物)
本実施例は、くし型電極が形成された基板上に酸化スズ多孔質薄膜を形成してガスセンサ素子を作製して一酸化炭素(CO)の選択的検知に用いた例である。
[Example 1]
(Example in which pore surface is coated with organic substance: organic substance containing aminopropyl group)
In this example, a tin oxide porous thin film is formed on a substrate on which comb-shaped electrodes are formed to produce a gas sensor element, which is used for selective detection of carbon monoxide (CO).

まず、石英基板上にフォトリソグラフィーにより、電極間距離20μm、電極長370mmである白金(Pt)くし型電極を形成した。   First, a platinum (Pt) comb electrode having a distance between electrodes of 20 μm and an electrode length of 370 mm was formed on a quartz substrate by photolithography.

次に、エタノール10gに無水塩化第二スズ2.9gを添加し、30分撹拌する。攪拌後、トリブロックコポリマーP123<HO(CHCHO)20(CHCH(CH)O)70(CHCHO)20H>1.0gを溶解させる。そして、さらに30分間撹拌して前駆体溶液Aとした。 Next, 2.9 g of anhydrous stannic chloride is added to 10 g of ethanol and stirred for 30 minutes. After stirring, the triblock copolymer P123 <HO (CH 2 CH 2 O) 20 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20 H> 1.0 g is dissolved. Then, the mixture was further stirred for 30 minutes to obtain a precursor solution A.

次に、基板のくし型電極部分に前駆体溶液Aをディップコート法で塗布した。
次に、前駆体溶液Aを塗布した該基板を環境試験機内に移動し、保持した。
Next, the precursor solution A was applied to the comb electrode portion of the substrate by a dip coating method.
Next, the substrate coated with the precursor solution A was moved into an environmental test machine and held.

環境試験機内は温度と相対湿度を次のように制御した。
40℃20%RHで10時間保持→1時間かけて温度、湿度変化→50℃90%RHで5時間保持→1時間かけて温度、湿度変化→40℃20%RH
以上のような工程で界面活性剤−酸化スズメソ構造体薄膜を得た。
The temperature and relative humidity were controlled in the environmental test machine as follows.
Hold for 10 hours at 40 ° C and 20% RH → Change in temperature and humidity over 1 hour → Hold for 5 hours at 90 ° C at 50 ° C → Change in temperature and humidity over 1 hour → 40 ° C and 20% RH
A surfactant-tin oxide mesostructured thin film was obtained by the process as described above.

その後、該基板を環境試験機から取り出してマッフル炉に入れ、空気中で1℃/minの割合で300℃まで昇温し、そのまま5時間保持して界面活性剤を除去し、メソポーラス酸化スズ薄膜を得た。   Thereafter, the substrate is taken out from the environmental testing machine and placed in a muffle furnace, heated to 300 ° C. in air at a rate of 1 ° C./min, held for 5 hours to remove the surfactant, and the mesoporous tin oxide thin film Got.

界面活性剤除去後の薄膜には、界面活性剤に由来する有機成分は存在していないことを赤外分光光度法等により確認した。   It was confirmed by infrared spectrophotometry and the like that the organic component derived from the surfactant did not exist in the thin film after the removal of the surfactant.

前記薄膜の表面及び断面に対してSEM観察を行ったところ、表面からはチューブ状の構造が観察された。
また、断面からは細孔がハニカム状に配列している様子が確認された。
When SEM observation was performed on the surface and cross section of the thin film, a tube-like structure was observed from the surface.
Further, it was confirmed from the cross section that the pores were arranged in a honeycomb shape.

X線回折分析を行ったところ、面間隔4.9nmに相当する明確な回折ピークが観測され、2次元ヘキサゴナル構造を示唆する回折パターンが得られた。   When X-ray diffraction analysis was performed, a clear diffraction peak corresponding to an interplanar spacing of 4.9 nm was observed, and a diffraction pattern suggesting a two-dimensional hexagonal structure was obtained.

ただし、断面のSEM観察等から、実際には膜厚方向に縮んでおり、理想のヘキサゴナル構造からは逸脱していることが分かった。   However, SEM observation of the cross section, etc. revealed that the film actually shrunk in the film thickness direction and deviated from the ideal hexagonal structure.

窒素ガス吸着測定を行ったところ、細孔径は5.2nmに極大値を持つ単一分散を示し、かつ分布曲線は1nm以上10nm以下の領域に入っていた。   When nitrogen gas adsorption measurement was performed, the pore diameter showed a single dispersion having a maximum value at 5.2 nm, and the distribution curve was in the region of 1 nm to 10 nm.

また、比表面積は約170m/gであった。 The specific surface area was about 170 m 2 / g.

よって、前記薄膜は、実質的に均一なメソ細孔を有し、比表面積の大きい多孔質薄膜であることが確認された。   Therefore, it was confirmed that the thin film is a porous thin film having substantially uniform mesopores and a large specific surface area.

次に、前記薄膜について斜入射X線回折分析を行ったところ、Cassiteriteに帰属される明確なピークが確認された。   Next, when oblique incidence X-ray diffraction analysis was performed on the thin film, a clear peak attributed to Cassitete was confirmed.

出現したピークのうち、2θ=45°〜58°の領域における(211)面に由来するピークの半値幅B(rad)、及びピーク位置2θより、以下のシェラー式から平均結晶子径Lを求めたところ、2.7nmであった。
L=0.9λ/Bcosθ
以上より、電極基板上に、規則性を有したメソ領域の細孔構造と、細孔壁に微結晶を備えた多孔質酸化スズ薄膜が形成できることを確認した。
Of the appearing peaks, the average crystallite diameter L is obtained from the following Scherrer equation from the half width B (rad) of the peak derived from the (211) plane in the region of 2θ = 45 ° to 58 ° and the peak position 2θ. As a result, it was 2.7 nm.
L = 0.9λ / Bcosθ
From the above, it was confirmed that a porous tin oxide thin film having a regular mesoscopic pore structure and a microcrystal on the pore wall can be formed on the electrode substrate.

次に、作製した多孔質酸化スズ薄膜を、シランカップリング剤である3−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5gをエタノール溶液10gに浸漬した。   Next, 0.5 g of 3-aminopropyltrimethoxysilane, which is a silane coupling agent, was immersed in 10 g of an ethanol solution from the produced porous tin oxide thin film.

その後、純水で流水洗浄を行い、最後に100℃で5時間乾燥処理を行うことで細孔表面をアミノプロピル基を含む有機物で改質した。   Then, running water washing with pure water was performed, and finally, the pore surface was modified with an organic substance containing an aminopropyl group by drying at 100 ° C. for 5 hours.

細孔内への有機物の改質を確認するため、高抵抗シリコン基板上に上記工程と同じ方法で作製した、細孔表面をアミノプロピル基を含む有機物で改質した多孔質酸化スズ薄膜を作製し、赤外吸収スペクトルにより測定した。   In order to confirm the modification of organic substances into the pores, a porous tin oxide thin film was prepared on the high resistance silicon substrate by the same method as above, with the pore surfaces modified with organic substances containing aminopropyl groups. And measured by an infrared absorption spectrum.

その結果、アミノ基に起因する吸収スペクトルが3310〜3500cm−1付近に確認された。 As a result, an absorption spectrum attributable to the amino group was confirmed in the vicinity of 3310 to 3500 cm −1 .

比較のため、界面活性剤を用いずに作製した、メソ細孔を有していない酸化スズ薄膜に同様の改質を行った薄膜のFT−IRの吸収スペクトルを測定した。   For comparison, an FT-IR absorption spectrum of a thin film prepared by using the same modification to a tin oxide thin film having no mesopores prepared without using a surfactant was measured.

その結果を比較すると、メソ細孔を有している方にはるかに強い吸収が確認され、この結果よりメソ細孔を有する酸化スズ薄膜の方が改質量が多いことが確認された。   Comparing the results, a much stronger absorption was confirmed in the one having mesopores, and it was confirmed from this result that the tin oxide thin film having mesopores had a larger amount of modification.

次に、3,4−ジヒドロキシ安息香酸7.7mgを水10gに溶解し、さらにカルボジイミド9.3mgを加えて撹拌した。   Next, 7.7 mg of 3,4-dihydroxybenzoic acid was dissolved in 10 g of water, and 9.3 mg of carbodiimide was further added and stirred.

この溶液に、細孔表面を上記シランカップリング剤で処理したメソ細孔を有する酸化スズ薄膜を24時間浸漬した。   A tin oxide thin film having mesopores whose pore surfaces were treated with the silane coupling agent was immersed in this solution for 24 hours.

その後に純水で流水洗浄を行い、最後に100℃で1時間乾燥処理を行った。   Thereafter, it was washed with running water with pure water, and finally dried at 100 ° C. for 1 hour.

有機物の改質を確認するため、赤外吸収スペクトルにより上記処理を行った後のサンプルを測定した結果、水酸基に起因する吸収スペクトルが3450cm−1付近に現れた。 In order to confirm the modification of the organic matter, the sample after the above treatment was measured with an infrared absorption spectrum. As a result, an absorption spectrum due to a hydroxyl group appeared in the vicinity of 3450 cm −1 .

この吸収スペクトルはシランカップリング剤のみの処理を行った酸化スズ薄膜からは観察されず、水酸基を有する3,4−ジヒドロキシ安息香酸がシランカップリング剤と反応して、細孔表面に形成されていることが確認された。   This absorption spectrum is not observed from the tin oxide thin film treated only with the silane coupling agent, and 3,4-dihydroxybenzoic acid having a hydroxyl group reacts with the silane coupling agent to form on the pore surface. It was confirmed that

さらに、この酸化スズ多孔質薄膜が形成された電極基板を電気回路と接続してガスセンサを作製し、図11に示す測定装置を用いて混合ガスに対するセンサ特性を測定した。ガスフローチャンバー24内にガスセンサ18を基板ヒーター19の上に置いた構成を取っている。ヒーター部はヒーター制御装置20で制御する。ガスセンサの電流値の変化を抵抗率測定装置21で低効率に換算する。ガスの濃度は、ガス濃度制御装置22で制御する。   Further, the electrode substrate on which the tin oxide porous thin film was formed was connected to an electric circuit to produce a gas sensor, and the sensor characteristics with respect to the mixed gas were measured using the measuring apparatus shown in FIG. The gas sensor 18 is placed on the substrate heater 19 in the gas flow chamber 24. The heater unit is controlled by the heater control device 20. A change in the current value of the gas sensor is converted into low efficiency by the resistivity measuring device 21. The gas concentration is controlled by the gas concentration controller 22.

今回測定に用いた混合ガスは、空気に一酸化炭素(CO)を混合したガス、空気にメタン(CH)を混合したガス、空気に水素(H)を混合したガスの3種類の混合ガスを用いた。 The mixed gas used in this measurement is a mixture of three types: a gas mixed with carbon monoxide (CO) in air, a gas mixed with methane (CH 4 ) in air, and a gas mixed with hydrogen (H 2 ) in air. Gas was used.

各混合ガスの濃度は混合する空気と被検出ガスの比により調整が可能で、今回は各ガスの濃度を1000ppm、500ppmに調整して測定に用いた。測定はフロー系で大気圧下にて行った。   The concentration of each mixed gas can be adjusted by the ratio of the air to be mixed and the gas to be detected. This time, the concentration of each gas was adjusted to 1000 ppm and 500 ppm and used for measurement. The measurement was performed at atmospheric pressure in a flow system.

測定方法は以下のとおりである。   The measurement method is as follows.

空気のみを10分間流す。→濃度1000ppmの混合ガスを20分間流す。→空気のみを20分間流す。濃度500ppmの混合ガスを20分流す。→空気のみを流す。   Let air flow for 10 minutes. → Flow a mixed gas with a concentration of 1000 ppm for 20 minutes. → Flow only air for 20 minutes. A mixed gas having a concentration of 500 ppm is allowed to flow for 20 minutes. → Use only air.

上記の手順で空気又は混合ガスを流しながら、センサ素子の電極間に直流電流を1V印加して電流値を測定し、抵抗率に換算した。
測定時の素子の温度は100℃とした。
While flowing air or a mixed gas in the above procedure, a direct current of 1 V was applied between the electrodes of the sensor element, the current value was measured, and converted into a resistivity.
The temperature of the element at the time of measurement was 100 ° C.

図12は上記条件で測定を行った際の、それぞれのガスにおける経過時間に対する抵抗率の変化を示したものである。   FIG. 12 shows a change in resistivity with respect to elapsed time in each gas when measurement is performed under the above conditions.

図12の結果より、本実施例による細孔表面を有機物で改質した酸化スズ多孔質薄膜を有するガスセンサ素子は、COと空気の混合ガスに対してのみ抵抗率が増加し、COを選択的に検出することが確認された。   From the results shown in FIG. 12, the gas sensor element having the porous tin oxide thin film in which the pore surface is modified with an organic substance according to this example has an increased resistivity only with respect to the mixed gas of CO and air, and CO is selectively used. It was confirmed to be detected.

このときCO混合ガス導入前の抵抗率をRa、混合ガス導入後の抵抗率の最小値をRCOとし、感度SCOを以下の式で表した。この場合、濃度1000ppmのCO混合ガスを流した場合にはS=6となり、500ppmのCO混合ガスを流した場合にはS=2.5となった。
CO=RCO/Ra
以上の結果から、本実施例では、細孔壁に微結晶を含み、細孔表面を有機物で改質した酸化スズ多孔質薄膜を用いることで、特定のガスに対して選択性を有し、かつ高感度な検出が行える金属酸化物半導体式ガスセンサ素子の作製が可能となることが確認された。
At this time, the resistivity before introducing the CO mixed gas was Ra, the minimum value of the resistivity after introducing the mixed gas was R CO , and the sensitivity S CO was expressed by the following equation. In this case, S = 6 when a 1000 ppm CO mixed gas was flowed, and S = 2.5 when a 500 ppm CO mixed gas was flowed.
S CO = R CO / Ra
From the above results, in this example, by using a tin oxide porous thin film containing microcrystals in the pore wall and modifying the pore surface with an organic substance, it has selectivity for a specific gas, It was also confirmed that a metal oxide semiconductor gas sensor element capable of highly sensitive detection could be produced.

[比較例1]
トリブロックコポリマーP123を添加しない以外は実施例1と同じ製法で作製したガスセンサに対して、同様の測定を行った結果を図13に示す。
[Comparative Example 1]
FIG. 13 shows the result of the same measurement performed on the gas sensor manufactured by the same manufacturing method as in Example 1 except that the triblock copolymer P123 is not added.

COと空気に対して選択的に反応したが、その変化率は実施例1で測定に用いたガスセンサ素子と比較して小さく、濃度1000ppmのCO混合ガスの場合でS=1.1、濃度500ppmのCO混合ガスの場合でS=1.05であった。   Although it selectively reacted to CO and air, the rate of change was smaller than that of the gas sensor element used for measurement in Example 1, and in the case of a CO mixed gas having a concentration of 1000 ppm, S = 1.1 and a concentration of 500 ppm. In the case of the CO mixed gas, S = 1.05.

また、H混合ガス、CH混合ガスを導入した際の抵抗率変化も実施例1の場合と比較して小さかった。 Further, the change in resistivity when the H 2 mixed gas and the CH 4 mixed gas were introduced was smaller than that in Example 1.

[実施例2]
(孔表面を有機物で被覆した実施例:アミノプロピル基を含む有機物)
前駆体溶液作製の際にトリブロックコポリマーP123(1.0g)を用いる代わりにトリブロックコポリマーF127<HO(CHCHO)106(CHCH(CH)O)70(CHCHO)106OH>0.7gを用いた。ポリマーを変更した以外は実施例1と同様の方法でメソポーラス酸化スズ薄膜を作製した。
[Example 2]
(Example in which pore surface is coated with organic substance: organic substance containing aminopropyl group)
Instead of using the triblock copolymer P123 (1.0 g) in the preparation of the precursor solution, the triblock copolymer F127 <HO (CH 2 CH 2 O) 106 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 106 OH> 0.7 g was used. A mesoporous tin oxide thin film was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymer was changed.

薄膜の表面及び断面に対してSEM観察を行ったところ、表面からは細孔が規則的に配列し、かつ膜厚方向に細孔が縮んでいる構造が観察された。
そして、断面からは細孔が規則的に配列している様子が確認された。
When SEM observation was performed on the surface and cross section of the thin film, a structure in which the pores were regularly arranged from the surface and the pores were contracted in the film thickness direction was observed.
From the cross section, it was confirmed that the pores were regularly arranged.

X線回折分析を行ったところ、面間隔6.2nmに明確な回折ピークが観測された。
よって、今回作製した酸化スズ多孔質薄膜は表面に開口部を多数有した、規則性を有するキュービック構造であると言える。
When X-ray diffraction analysis was performed, a clear diffraction peak was observed at an interplanar spacing of 6.2 nm.
Therefore, it can be said that the tin oxide porous thin film produced this time has a cubic structure with regularity having many openings on the surface.

窒素ガス吸着測定を行ったところ、細孔径は約6.5nmに極大値を持つ単一分散を示し、かつ分布曲線は2nm以上12nm以下の領域に入っていた。
また、比表面積は約200m/gであった。
よって、前記薄膜は、実質的に均一なメソ細孔を有し、比表面積の大きい多孔質薄膜であることが確認された。
When nitrogen gas adsorption measurement was performed, the pore diameter showed a single dispersion having a maximum value at about 6.5 nm, and the distribution curve was in the range of 2 nm to 12 nm.
The specific surface area was about 200 m 2 / g.
Therefore, it was confirmed that the thin film is a porous thin film having substantially uniform mesopores and a large specific surface area.

次に、実施例1と同様にシェラー式から平均結晶子径Lを求めたところ、2.7nmであった。
以上、電極基板上に、規則性を有したメソ領域の細孔構造と、細孔壁に微結晶を備えた多孔質酸化スズ薄膜が形成できることを確認した。
Next, when the average crystallite diameter L was determined from the Scherrer equation in the same manner as in Example 1, it was 2.7 nm.
As described above, it was confirmed that a porous tin oxide thin film having a regular mesoscopic pore structure and a microcrystal on the pore wall can be formed on the electrode substrate.

次に、実施例1と同様の方法でメソポーラス酸化スズ薄膜の細孔表面を有機物で改質し、実施例1と同様の装置、方法を用いて本実施例におけるガスセンサの、混合ガスに対するセンサ特性を測定した。このときのそれぞれのガスに対する経過時間に対する抵抗率変化は図12とほぼ同様な挙動を示した。   Next, the pore surface of the mesoporous tin oxide thin film was modified with an organic substance in the same manner as in Example 1, and the sensor characteristics of the gas sensor in this example with respect to the mixed gas were changed using the same apparatus and method as in Example 1. Was measured. At this time, the change in resistivity with respect to the elapsed time for each gas showed almost the same behavior as in FIG.

以上の結果から、本実施例では、細孔壁に微結晶を含に、細孔表面を有機物で改質した酸化スズ多孔質薄膜を用いることで、特定のガスに対して選択性を有し、かつ高感度な検出が行える金属酸化物半導体式ガスセンサ素子の作製が可能となることが確認された。   From the above results, the present example has selectivity for a specific gas by using a tin oxide porous thin film in which fine pores are included in the pore wall and the pore surface is modified with an organic substance. It was also confirmed that a metal oxide semiconductor gas sensor element capable of highly sensitive detection could be produced.

[実施例3]
(孔表面を無機酸化物で被覆した実施例:酸化ケイ素)
本実施例は、くし型電極が形成された基板上に酸化スズ多孔質薄膜を形成してガスセンサ素子を作製してHガスの選択的検知に用いた例である。
[Example 3]
(Example in which pore surface is coated with inorganic oxide: silicon oxide)
In this example, a tin oxide porous thin film is formed on a substrate on which comb-shaped electrodes are formed to produce a gas sensor element, which is used for selective detection of H 2 gas.

まず、実施例2と同様の方法によりメソポーラス酸化スズ薄膜をPtくし型電極を形成した基板の上に形成し、実施例1と同様の手法により規則性を有したメソ領域の細孔構造と、細孔壁に微結晶を備えた多孔質酸化スズ薄膜の形成を確認した。   First, a mesoporous tin oxide thin film was formed on a substrate on which a Pt comb-shaped electrode was formed by the same method as in Example 2, and the mesoregion pore structure having regularity by the same method as in Example 1; Formation of a porous tin oxide thin film with microcrystals on the pore walls was confirmed.

次に、作製した多孔質酸化スズ薄膜を、ジエトキシジメチルシラン(DEMS)の濃度が1wt%であるトルエン溶液中に10分程度浸漬した。   Next, the produced porous tin oxide thin film was immersed for about 10 minutes in a toluene solution having a concentration of 1 wt% of diethoxydimethylsilane (DEMS).

その後、上記処理を行った多孔質酸化スズ薄膜を純水で流水洗浄を行い、最後に100℃で5時間乾燥処理を行うことで細孔表面にシリコンを含む有機物で改質した。
その後、300℃で5h焼成を行った。
Thereafter, the porous tin oxide thin film subjected to the above treatment was washed with pure water and finally dried at 100 ° C. for 5 hours to modify the pore surface with an organic substance containing silicon.
Thereafter, baking was performed at 300 ° C. for 5 hours.

細孔表面が酸化ケイ素により改質されていること確認するため、高抵抗シリコン基板上に上記工程と同じ方法で作製した、多孔質酸化スズ薄膜を作製してTEM観察を行った。
比較のためにDEMS溶液への浸漬処理を行わなかったサンプルのTEM観察も併せて行った。
In order to confirm that the pore surface was modified with silicon oxide, a porous tin oxide thin film produced by the same method as the above process was produced on a high resistance silicon substrate, and TEM observation was performed.
For comparison, a TEM observation of a sample that was not immersed in the DEMS solution was also performed.

その結果、両者とも規則的に配列した細孔を有していたが、細孔表面部分においてコントラストの違いが確認され、またTEM−EDSの測定によりDEMS浸漬処理を行ったサンプルにおいて細孔表面近傍にSiの存在が確認された。   As a result, both had regularly arranged pores, but a difference in contrast was confirmed at the pore surface, and in the vicinity of the pore surface in the sample subjected to DEMS immersion treatment by TEM-EDS measurement The presence of Si was confirmed.

また、それぞれのサンプルにおいて窒素ガス吸着測定を行い吸着等温線を求めた。さらに、Berret−Joyner−Halenda(BJH)法により細孔径分布を算出したところ、DEMS処理を行ったサンプルにおいて細孔径分布がより低細孔径側に分布していることが確認された。   In addition, nitrogen gas adsorption measurement was performed on each sample to obtain an adsorption isotherm. Furthermore, when the pore size distribution was calculated by the Berret-Joyner-Halenda (BJH) method, it was confirmed that the pore size distribution was distributed on the lower pore size side in the sample subjected to DEMS treatment.

以上より、細孔構造を維持したまま多孔質酸化スズ薄膜の細孔内に酸化ケイ素が形成されていることが確認できた。   From the above, it was confirmed that silicon oxide was formed in the pores of the porous tin oxide thin film while maintaining the pore structure.

次に、実施例1と同様の装置、方法を用いて本実施例におけるガスセンサの、混合ガスに対するセンサ特性を測定した。
測定時の素子の温度は150℃とした。その結果を図14に示す。
Next, using the same apparatus and method as in Example 1, the sensor characteristics of the gas sensor in this example with respect to the mixed gas were measured.
The temperature of the element at the time of measurement was 150 ° C. The result is shown in FIG.

混合ガスに対しての応答が他の混合ガスに対して大きく、H混合ガス導入前の抵抗率をRa、混合ガス導入後の抵抗率の最小値をRH2とし、感度SH2を以下の式で表した。この場合、濃度1000ppmのH混合ガスを流した場合にはS=300となり、500ppmのH混合ガスを流した場合にはS=160となった。
H2=Ra/RH2
また、他の混合ガスにおいても上記と同様の式で感度を算出すると、濃度1000ppmのCO混合ガスの場合にはSCO=40となり、濃度1000ppmのCH4混合ガスの場合にはSCH4=3となった。
The response to the H 2 mixed gas is large with respect to other mixed gases, the resistivity before introducing the H 2 mixed gas is Ra, the minimum value of the resistivity after introducing the mixed gas is R H2 , and the sensitivity S H2 is It was expressed by the following formula. In this case, in the case of flowing of H 2 mixed gas concentration 1000ppm if flowed S = 300 becomes, 500 ppm H 2 mixed gas becomes S = 160.
S H2 = Ra / R H2
Further, when the sensitivity is calculated using the same equation as above for other mixed gases, S CO = 40 in the case of a 1000 ppm concentration CO mixed gas, and S CH4 = 3 in the case of a 1000 ppm concentration CH4 mixed gas. became.

以上の結果から、本実施例では、細孔壁に微結晶を含み、細孔表面を酸化ケイ素で改質した酸化スズ多孔質薄膜を用いることで、Hガスに対して選択性を有し、かつ高感度な検出が行える金属酸化物半導体式ガスセンサ素子の作製が可能となることが確認された。 From the above results, the present example has selectivity for H 2 gas by using a tin oxide porous thin film containing microcrystals in the pore walls and modifying the pore surfaces with silicon oxide. It was also confirmed that a metal oxide semiconductor gas sensor element capable of highly sensitive detection could be produced.

[比較例2]
トリブロックコポリマーF127を添加しない以外は実施例3と同じ製法で作製したガスセンサに対して、同様の測定を行った結果を図15に示す。
[Comparative Example 2]
FIG. 15 shows the result of the same measurement performed on the gas sensor manufactured by the same manufacturing method as in Example 3 except that the triblock copolymer F127 is not added.

濃度1000ppmのH混合ガスの場合でSH2=30、濃度1000ppmのCO混合ガスの場合でSCO=20、濃度1000ppmのCH混合ガスの場合でSCH4=1.5であった。いずれの混合ガスの感度も実施例3で測定に用いたガスセンサ素子と比較して小さく、特にH混合ガスに対して大きく減少した。 In the case of the H 2 mixed gas having a concentration of 1000 ppm, S H2 = 30, in the case of the CO mixed gas having a concentration of 1000 ppm, S CO = 20, and in the case of the CH 4 mixed gas having a concentration of 1000 ppm, S CH4 = 1.5. The sensitivity of any of the mixed gases was smaller than that of the gas sensor element used for measurement in Example 3, and was greatly reduced particularly with respect to the H 2 mixed gas.

[実施例4]
(孔内に無機物の粒子を担持した実施例:金属パラジウム)
本実施例は、くし型電極が形成された基板上に酸化スズ多孔質膜を形成してガスセンサ素子を作製し、水素(H)ガスの選択的検知に用いた例である。
[Example 4]
(Example in which inorganic particles are supported in pores: metallic palladium)
In this embodiment, a gas sensor element is produced by forming a tin oxide porous film on a substrate on which comb-shaped electrodes are formed, and is used for selective detection of hydrogen (H 2 ) gas.

まず、石英基板上にフォトリソグラフィーにより、電極間距離20μm、電極長370mmであるPtくし型電極を形成した。   First, a Pt comb electrode having a distance between electrodes of 20 μm and an electrode length of 370 mm was formed on a quartz substrate by photolithography.

次に、エタノール10gに無水塩化第二スズ2.9gを添加し、30分撹拌した。その後、トリブロックコポリマーP123<HO(CHCHO)20(CHCH(CH)O)70(CHCHO)20H>1.0gを溶解した。そして、さらに30分間撹拌して前駆体溶液Aとした。
次に、基板のくし型電極部分に前駆体溶液Aをディップコート法で塗布した。
Next, 2.9 g of anhydrous stannic chloride was added to 10 g of ethanol and stirred for 30 minutes. It was then dissolved triblock copolymer P123 <HO (CH 2 CH 2 O) 20 (CH 2 CH (CH 3) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20 H> 1.0g. Then, the mixture was further stirred for 30 minutes to obtain a precursor solution A.
Next, the precursor solution A was applied to the comb electrode portion of the substrate by a dip coating method.

次に、前駆体溶液Aを塗布した前記基板を環境試験機内に移動し、保持した。環境試験機内は温度と相対湿度を次のように制御した。   Next, the substrate coated with the precursor solution A was moved into an environmental test machine and held. The temperature and relative humidity were controlled in the environmental test machine as follows.

まず40℃20%RHで10時間乾燥し、その後、1時間かけて50℃90%RHにし、そのまま5時間保持し、その後1時間で再び40℃20%RHに戻し、界面活性剤−酸化スズメソ構造体膜を得た。   First, it is dried at 40 ° C. and 20% RH for 10 hours, and then is changed to 50 ° C. and 90% RH over 1 hour, held as it is for 5 hours, and then returned to 40 ° C. and 20% RH again in 1 hour. A structure film was obtained.

その後、前記基板を環境試験機から取り出してマッフル炉に入れ、空気中で1℃/minの割合で300℃まで昇温し、そのまま5時間保持し、メソポーラス酸化スズ膜を得た。   Then, the said board | substrate was taken out from the environmental test machine, it put into the muffle furnace, and it heated up to 300 degreeC in the ratio of 1 degree-C / min in the air, and hold | maintained as it was for 5 hours, and the mesoporous tin oxide film | membrane was obtained.

前記膜の表面及び、断面に対して走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行ったところ、表面からはチューブ状の構造が観察された。
また、断面からは孔がハニカム状に配列している様子が確認された。
When the surface and cross section of the film were observed with a scanning electron microscope (SEM), a tube-like structure was observed from the surface.
Further, it was confirmed from the cross section that the holes were arranged in a honeycomb shape.

X線回折分析を行ったところ、面間隔4.9nmに相当する明確な回折ピークが観測され、2次元ヘキサゴナル構造を示唆する回折パターンが得られた。   When X-ray diffraction analysis was performed, a clear diffraction peak corresponding to an interplanar spacing of 4.9 nm was observed, and a diffraction pattern suggesting a two-dimensional hexagonal structure was obtained.

ただし、断面のSEM観察等から、実際には膜厚方向に縮んでおり、理想のヘキサゴナル構造からは逸脱していることが分かった。   However, SEM observation of the cross section, etc. revealed that the film actually shrunk in the film thickness direction and deviated from the ideal hexagonal structure.

窒素ガス吸着測定を行ったところ、孔径は5.2nmに極大値を持つ単一分散を示し、かつ分布曲線は1nm以上10nm以下の領域に入っていた。
また、比表面積は約170m/gであった。
When nitrogen gas adsorption measurement was performed, the pore diameter showed a single dispersion having a maximum value at 5.2 nm, and the distribution curve was in the region of 1 nm to 10 nm.
The specific surface area was about 170 m 2 / g.

よって、前記膜は、実質的に均一なメソ孔を有し、比表面積の大きい多孔質膜であることが確認された。   Accordingly, it was confirmed that the membrane was a porous membrane having substantially uniform mesopores and a large specific surface area.

次に、前記膜について斜入射X線回折分析を行ったところ、Cassiteriteに帰属される明確なピークが確認された。   Next, the film was subjected to oblique incidence X-ray diffraction analysis, and a clear peak attributed to Cassiterite was confirmed.

出現したピークのうち、2θ=45°〜58°の領域における(211)面に由来するピークの半値幅B(rad)、及びピーク位置2θより、以下のシェラー式から平均結晶子径Lを求めたところ、2.7nmであった。
L=0.9λ/Bcosθ
以上より、電極基板上に、規則性を有したメソ領域の孔構造と、孔壁に微結晶を備えた多孔質酸化スズ膜が形成できることを確認した。
Of the appearing peaks, the average crystallite diameter L is obtained from the following Scherrer equation from the half width B (rad) of the peak derived from the (211) plane in the region of 2θ = 45 ° to 58 ° and the peak position 2θ. As a result, it was 2.7 nm.
L = 0.9λ / Bcosθ
From the above, it was confirmed that a porous tin oxide film having a regular mesoscopic pore structure and a microcrystal on the pore wall can be formed on the electrode substrate.

次に、作製した多孔質酸化スズ膜を、酢酸パラジウム(Pd(CH3COO))の濃度が0.005Mであるアンモニア水溶液に浸漬した。 Next, the produced porous tin oxide film was immersed in an aqueous ammonia solution having a palladium acetate (Pd (CH3COO) 2 ) concentration of 0.005M.

その後、乾燥処理を行った後、金属パラジウムの粒子を得るために、まず水素雰囲気中で300℃で1時間加熱し、次に大気中で300℃で5時間加熱して、再度水素雰囲気中において300℃、1時間の条件で還元処理を行った。   Then, after performing a drying process, in order to obtain metal palladium particles, first, heating in a hydrogen atmosphere at 300 ° C. for 1 hour, then heating in the atmosphere at 300 ° C. for 5 hours, and again in a hydrogen atmosphere The reduction treatment was performed at 300 ° C. for 1 hour.

孔内への金属パラジウム粒子の担持を確認するために、多孔質酸化スズ膜の表面及び断面構造を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。   In order to confirm the loading of metal palladium particles in the pores, the surface and cross-sectional structure of the porous tin oxide film were observed with a transmission electron microscope (TEM).

その結果、孔内に直径約3nmの粒子が担持されている様子が確認された。またTEMに付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)及び電子エネルギー損失分光装置(EELS)を用いて分析した結果、孔内に担持された粒子は金属のパラジウムであることが確認された。   As a result, it was confirmed that particles having a diameter of about 3 nm were supported in the pores. As a result of analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) and an electron energy loss spectrometer (EELS) attached to the TEM, it was confirmed that the particles supported in the pores were metallic palladium.

また、X線回折測定において、2次元ヘキサゴナル構造を示唆する回折パターンが得られ、孔内へのパラジウム担持後も孔構造が維持されていることが確認された。   Further, in the X-ray diffraction measurement, a diffraction pattern suggesting a two-dimensional hexagonal structure was obtained, and it was confirmed that the pore structure was maintained even after palladium was supported in the pores.

また、窒素ガス吸着測定により比表面積は約180m/gであり、孔内へのパラジウム担持後も比表面積は大きく変化していないことが確認された。 Further, the specific surface area was about 180 m 2 / g by nitrogen gas adsorption measurement, and it was confirmed that the specific surface area did not change greatly even after palladium was supported in the pores.

次に、この酸化スズ多孔質膜が形成された電極基板を電気回路と接続し、図11に示す装置を用いて本実施例におけるガスセンサの、混合ガスに対するセンサ特性を測定した。   Next, the electrode substrate on which the tin oxide porous film was formed was connected to an electric circuit, and the sensor characteristics of the gas sensor in this example with respect to the mixed gas were measured using the apparatus shown in FIG.

混合ガスは空気に水素(H)を混合したもの(以下ガスA)、空気にメタン(CH)を混合したもの(同ガスB)、空気に一酸化窒素(NO)を混合したもの(同ガスC)を用意した。 The mixed gas is a mixture of hydrogen (H 2 ) and air (hereinafter referred to as gas A), a mixture of air and methane (CH 4 ) (same gas B), and a mixture of nitrogen monoxide (NO) and air ( The same gas C) was prepared.

それぞれのガスは空気と検知対象ガスの混合比を変化させることで濃度を変えることが可能で、今回はそれぞれのガスについて濃度を200ppm、100ppm、50ppmと変化させ、ガス濃度に対する抵抗率変化を測定した。   The concentration of each gas can be changed by changing the mixing ratio of air and the gas to be detected. This time, the concentration of each gas is changed to 200 ppm, 100 ppm, and 50 ppm, and the change in resistivity against the gas concentration is measured. did.

測定はフロー系で大気圧下で行い、ガスOn時には上記の濃度のガスを導入し、ガスOff時には空気のみを導入した。   The measurement was performed in a flow system at atmospheric pressure. When the gas was turned on, the above-mentioned concentration of gas was introduced, and when the gas was turned off, only air was introduced.

上記のガスを流しながらセンサの電極間に直流電流を1V印加し、その電流値の時間変化を計測した。測定時のセンサの温度は100℃とした。   A DC current of 1 V was applied between the electrodes of the sensor while flowing the above gas, and the time change of the current value was measured. The temperature of the sensor at the time of measurement was 100 ° C.

図16はこのときのそれぞれのガスに対する経過時間に対する電流値変化から求めた抵抗率変化を示したものである。   FIG. 16 shows the resistivity change obtained from the current value change with respect to the elapsed time for each gas at this time.

その結果、本実施例による酸化スズ多孔質膜を有するガスセンサは、ガスA、即ち水素と空気の混合ガスに対して選択的に応答し、ガスB、ガスCに対してはほとんど応答しなかった。   As a result, the gas sensor having the tin oxide porous film according to this example selectively responded to the gas A, that is, the mixed gas of hydrogen and air, and hardly responded to the gas B and the gas C. .

また、ガスAに対する抵抗率の時間変化において、ガスOff時、即ち空気のみを流した場合の抵抗率をR、空気と水素の混合ガスを流した場合の抵抗率をRとし、次式で感度Sを定義した。この場合、200ppmの水素に対してS=100、100ppmの水素に対してS=40、50ppmの水素に対してS=20であった。
=R/R
以上の結果から、本実施例では、孔壁に微結晶を含み、孔内に金属パラジウム粒子を担持した酸化スズ多孔質膜を用いることで、特定のガスに対して選択性を有し、かつ高感度な検出が行える金属酸化物半導体式ガスセンサの作製が可能となることが確認された。
In addition, in the time change of the resistivity with respect to the gas A, when the gas is turned off, that is, when the air only flows, the resistivity is R a , and when the mixed gas of air and hydrogen flows, the resistivity is RH in defining the sensitivity S H. In this case, was S H = 20 to hydrogen of S H = 40,50ppm to hydrogen of S H = 100,100ppm to hydrogen of 200 ppm.
S H = R a / R H
From the above results, in this example, by using a tin oxide porous membrane containing microcrystals in the pore walls and supporting metallic palladium particles in the pores, the selectivity to a specific gas is obtained, and It was confirmed that a metal oxide semiconductor gas sensor capable of highly sensitive detection could be produced.

[比較例3]
界面活性剤を添加しない以外は実施例4と同じ製法で作製したガスセンサに対して、同様の測定を行った結果を図17に示す。
[Comparative Example 3]
FIG. 17 shows the result of the same measurement performed on the gas sensor manufactured by the same manufacturing method as in Example 4 except that the surfactant is not added.

ガスAに対してはわずかに反応し、ガスB、ガスCに対してはほとんど反応しなかった。   It reacted slightly to gas A, but hardly reacted to gas B and gas C.

ガスAに関して、濃度200ppmの水素に対してS=10、濃度100ppmの水素に対してS=4、濃度50ppmの水素に対してS=1.5であった。 Regarding gas A, S H = 10 for hydrogen at a concentration of 200 ppm, S H = 4 for hydrogen at a concentration of 100 ppm, and S H = 1.5 for hydrogen at a concentration of 50 ppm.

[実施例5]
(孔内に無機物の粒子を担持した実施例:白金)
本実施例は、くし型電極が形成された基板上に酸化スズ多孔質膜を形成してガスセンサ素子を作製し、Hガスの選択的検知に用いた例である。
[Example 5]
(Example in which inorganic particles are supported in pores: platinum)
In this example, a gas sensor element was produced by forming a tin oxide porous film on a substrate on which comb-shaped electrodes were formed, and this was used for selective detection of H 2 gas.

まず、実施例4と同様の方法で石英基板上に電極と多孔質酸化スズ膜を作製した。
次に、作製した多孔質酸化スズ膜を、塩化白金酸(HPtCl)の濃度が0.005Mである水溶液に浸漬した。
First, an electrode and a porous tin oxide film were produced on a quartz substrate by the same method as in Example 4.
Next, the produced porous tin oxide film was immersed in an aqueous solution having a concentration of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) of 0.005M.

その後乾燥処理を行い、白金の粒子を得るために水素雰囲気中において170℃、2時間の条件で還元処理を行った。   Thereafter, drying treatment was performed, and reduction treatment was performed in a hydrogen atmosphere at 170 ° C. for 2 hours in order to obtain platinum particles.

孔内への白金粒子の担持を確認するために、多孔質酸化スズ膜の表面及び断面構造を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。   In order to confirm the loading of platinum particles in the pores, the surface and cross-sectional structure of the porous tin oxide film were observed with a transmission electron microscope (TEM).

その結果、孔内に直径約3nmの粒子が担持されている様子が確認された。   As a result, it was confirmed that particles having a diameter of about 3 nm were supported in the pores.

またTEMに付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)及び電子エネルギー損失分光装置(EELS)を用いて分析した結果、孔内に担持された粒子は金属の白金であることが確認された。   As a result of analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) and an electron energy loss spectrometer (EELS) attached to the TEM, it was confirmed that the particles supported in the holes were metallic platinum.

またX線回折測定において、2次元ヘキサゴナル構造を示唆する回折パターンが得られ、孔内への白金担持後も孔構造が維持されていることが確認された。   Further, in the X-ray diffraction measurement, a diffraction pattern suggesting a two-dimensional hexagonal structure was obtained, and it was confirmed that the pore structure was maintained after platinum was supported in the pores.

また、窒素ガス吸着測定により比表面積は約180m/gであり、孔内への白金担持後も比表面積は大きく変化していないことが確認された。 Further, the specific surface area was about 180 m 2 / g by nitrogen gas adsorption measurement, and it was confirmed that the specific surface area did not change greatly after platinum was supported in the pores.

次に、実施例4と同様の装置、方法を用いて本実施例におけるガスセンサの、混合ガスに対するセンサ特性を測定した結果、このときのそれぞれのガスに対する経過時間に対する抵抗率変化は図16と同様な挙動を示した。   Next, as a result of measuring the sensor characteristics with respect to the mixed gas of the gas sensor in this example using the same apparatus and method as in Example 4, the change in resistivity with respect to the elapsed time for each gas at this time is the same as in FIG. Showed a good behavior.

また、界面活性剤を添加しない以外は本実施例と同じ製法で作製したガスセンサに対して同様な測定を行った結果、図17と同様な挙動を示した。   Moreover, as a result of performing the same measurement with respect to the gas sensor produced by the same manufacturing method as in the present example except that the surfactant was not added, the same behavior as in FIG. 17 was exhibited.

以上の結果から、本実施例では、孔壁に微結晶を含み、孔内に白金粒子を担持した酸化スズ多孔質膜を用いることで、特定のガスに対して選択性を有し、かつ高感度な検出が行える金属酸化物半導体式ガスセンサの作製が可能となることが確認された。   From the above results, in this example, by using a tin oxide porous membrane containing microcrystals in the pore walls and carrying platinum particles in the pores, it has selectivity for a specific gas and has high performance. It was confirmed that a metal oxide semiconductor gas sensor capable of sensitive detection could be produced.

[実施例6]
(孔内に無機物の粒子を担持した実施例:酸化第二銅)
本実施例は、くし型電極が形成された基板上に酸化スズ多孔質膜を形成してガスセンサ素子を作製し、硫化水素(HS)ガスの選択的検知に用いた例である。
まず、実施例4と同様の方法で電極と多孔質酸化スズ膜を作製した。
[Example 6]
(Example in which inorganic particles are supported in the pores: cupric oxide)
In this embodiment, a gas sensor element is produced by forming a tin oxide porous film on a substrate on which comb-shaped electrodes are formed, and is used for selective detection of hydrogen sulfide (H 2 S) gas.
First, an electrode and a porous tin oxide film were produced in the same manner as in Example 4.

次に、作製した多孔質酸化スズ膜を、レーザーアブレーション法により作製した銅(Cu)の粒子が分散した水溶液中に浸漬し、1時間程度超音波処理を行った後に、大気雰囲気下において300℃で1時間加熱して酸化第二銅(CuO)の粒子を孔内へ導入した。   Next, the produced porous tin oxide film was immersed in an aqueous solution in which copper (Cu) particles produced by a laser ablation method were dispersed and subjected to ultrasonic treatment for about 1 hour, and then at 300 ° C. in an air atmosphere. For 1 hour to introduce cupric oxide (CuO) particles into the pores.

孔内への酸化第二銅(CuO)粒子の担持を確認するために、多孔質酸化スズ膜の表面及び断面構造を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。
その結果、孔内に直径が約3nmの粒子が担持されている様子が確認された。
In order to confirm the loading of cupric oxide (CuO) particles in the pores, the surface and cross-sectional structure of the porous tin oxide film were observed with a transmission electron microscope (TEM).
As a result, it was confirmed that particles having a diameter of about 3 nm were carried in the holes.

またTEMに付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)及び電子エネルギー損失分光装置(EELS)を用いて分析した結果、孔内に担持された粒子は酸化第二銅であることが確認された。   As a result of analysis using an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) and an electron energy loss spectrometer (EELS) attached to the TEM, it was confirmed that the particles supported in the holes were cupric oxide. .

またX線回折測定において、2次元ヘキサゴナル構造を示唆する回折パターンが得られ、孔内への酸化第二銅担持後も孔構造が維持されていることが確認された。   Further, in the X-ray diffraction measurement, a diffraction pattern suggesting a two-dimensional hexagonal structure was obtained, and it was confirmed that the pore structure was maintained after supporting cupric oxide in the pores.

また、窒素ガス吸着測定により比表面積は約180m/gであり、孔内への酸化第二銅担持後も比表面積は大きく変化していないことが確認された。 Further, the specific surface area was about 180 m 2 / g by nitrogen gas adsorption measurement, and it was confirmed that the specific surface area did not change greatly even after cupric oxide was loaded in the pores.

次に、実施例4と同様の装置、方法を用いて本実施例におけるガスセンサの、混合ガスに対するセンサ特性を測定した結果、このときのそれぞれのガスに対する経過時間に対する抵抗率変化は図16と同様な挙動を示した。   Next, as a result of measuring the sensor characteristics with respect to the mixed gas of the gas sensor in this example using the same apparatus and method as in Example 4, the change in resistivity with respect to the elapsed time for each gas at this time is the same as in FIG. Showed a good behavior.

また、界面活性剤を添加しない以外は実施例3と同じ製法で作製したガスセンサに対して、同様の測定を行った結果、図17と同様な挙動を示した。   Moreover, as a result of performing the same measurement with respect to the gas sensor manufactured by the same manufacturing method as Example 3 except not adding surfactant, it showed the same behavior as FIG.

以上の結果から、本実施例では、孔壁に微結晶を含み、孔内に酸化第二銅粒子を担持した酸化スズ多孔質膜を用いることで、特定のガスに対して選択性を有し、かつ高感度な検出が行える金属酸化物半導体式ガスセンサの作製が可能となることが確認された。   From the above results, the present example has selectivity for a specific gas by using a tin oxide porous membrane containing microcrystals in the pore walls and supporting cupric oxide particles in the pores. In addition, it was confirmed that a metal oxide semiconductor gas sensor capable of highly sensitive detection can be manufactured.

本発明のセンサ及びその製造方法は、特定のガス種を選択的に検知するガスセンサに利用可能であり、また、本発明のセンサは、ガスを検知するガスセンサ、生体物質を検知するバイオセンサ等に応用できる。   The sensor of the present invention and the manufacturing method thereof can be used for a gas sensor that selectively detects a specific gas type. The sensor of the present invention can be used for a gas sensor that detects a gas, a biosensor that detects a biological material, and the like. Can be applied.

また、本発明のセンサ及びその製造方法は、特定のガス種を選択的に検知するガスセンサに利用可能である。   In addition, the sensor of the present invention and the manufacturing method thereof can be used for a gas sensor that selectively detects a specific gas type.

本発明のセンサの構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the sensor of this invention. 図1の断面図。Sectional drawing of FIG. 図2のメソ孔の拡大図。The enlarged view of the mesopore of FIG. 図2のメソ孔の拡大図。The enlarged view of the mesopore of FIG. 図2のメソ孔の拡大図。The enlarged view of the mesopore of FIG. 無機物の粒子の一部を示す概略図。Schematic which shows a part of particle | grains of an inorganic substance. センサ断面の一実施形態の図。The figure of one embodiment of a sensor section. センサ断面の一実施形態の図。The figure of one embodiment of a sensor section. メソ孔の配列を示した図。The figure which showed the arrangement | sequence of a mesopore. 本発明のセンサの製造方法における、工程の一例を示す工程図。Process drawing which shows an example of the process in the manufacturing method of the sensor of this invention. 本発明のセンサの特性を評価するための装置の概略図。Schematic of the apparatus for evaluating the characteristic of the sensor of this invention. 本発明のセンサを用いて複数のガスを検知した際の抵抗値変化を示すグラフ。The graph which shows resistance value change at the time of detecting several gas using the sensor of this invention. 本発明のセンサの比較例として用いたセンサ素子を用いて複数のガスを検知した際の抵抗値変化を示すグラフ。The graph which shows resistance value change at the time of detecting several gas using the sensor element used as a comparative example of the sensor of this invention. 本発明のセンサを用いて複数のガスを検知した際の抵抗値変化を示すグラフ。The graph which shows resistance value change at the time of detecting several gas using the sensor of this invention. 本発明のセンサの比較例として用いたセンサ素子を用いて複数のガスを検知した際の抵抗値変化を示すグラフ。The graph which shows resistance value change at the time of detecting several gas using the sensor element used as a comparative example of the sensor of this invention. 本発明のセンサを用いて複数のガスを検知した際の抵抗値の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of resistance value at the time of detecting several gas using the sensor of this invention. 比較のために用意したセンサを用いて複数のガスを検知した際の抵抗値の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of resistance value at the time of detecting a some gas using the sensor prepared for the comparison.

符号の説明Explanation of symbols

11 多孔質酸化物半導体膜
12 電極
13 基板
14 メソ孔
15 細孔壁
16 有機物
17 酸化物
18 ガスセンサ
19 基板ヒーター
20 ヒーター制御装置
21 抵抗率測定装置
22 ガス濃度制御装置
23 無機物の粒子
24 ガスフローチャンバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Porous oxide semiconductor film 12 Electrode 13 Substrate 14 Mesopore 15 Pore wall 16 Organic substance 17 Oxide 18 Gas sensor 19 Substrate heater 20 Heater control device 21 Resistivity measuring device 22 Gas concentration control device 23 Inorganic particle 24 Gas flow chamber

Claims (4)

複数のメソ孔を有し、且つ酸化スズを含む半導体膜と、
前記半導体膜と電気的に接続している電極とを備え、
前記メソ孔内に、検知対象物を触媒作用により分離または分解する作用のある無機物の微粒子が担持されていることを特徴とするセンサ。
A semiconductor film having a plurality of mesopores and containing tin oxide;
An electrode electrically connected to the semiconductor film,
A sensor characterized in that inorganic fine particles having an action of separating or decomposing a detection object by a catalytic action are carried in the mesopores.
前記無機物の粒子が金属又は金属酸化物であることを特徴とする請求項1記載のセンサ。   The sensor according to claim 1, wherein the inorganic particles are a metal or a metal oxide. 前記半導体膜を構成する酸化物が微結晶を含むことを特徴とする請求項1又は2のいずれか記載のセンサ。   3. The sensor according to claim 1, wherein the oxide constituting the semiconductor film contains microcrystals. 前記半導体膜が、X線回折測定をした場合に、1nm以上の構造周期性に対応する角度領域に一つ以上の回折ピークを有する構造を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか記載のセンサ。   4. The semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film has a structure having one or more diffraction peaks in an angle region corresponding to a structural periodicity of 1 nm or more when X-ray diffraction measurement is performed. The sensor described.
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