JP4734517B2 - ガスセンサの製造方法 - Google Patents
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例えば、特開平5−087762号公報には、「担体に貴金属触媒を担持させる工程を含んだガスセンサの製造方法において、有機貴金属化合物を、担体の形成後に添加し、分解して貴金属触媒とすることを特徴とする、ガスセンサの製造方法」が開示され、具体的には「SnO2膜にPdを担持させ」ている。
さらに、本発明は、Snの酸化物半導体膜とSnと異なる金属の酸化物とを組み合わせたガスセンサの製造方法の提供を目的とする。
[MF6-x(OH)x]2- + (6−x)H2O ⇔ [M(OH)6]2- + (6−x)HF
ただし、xは0〜5の整数である。
(化2)
[M(OH)6]2- ⇒ MO2
まず、金属のフルオロ錯体と捕捉剤とが共存すると、[MF6-x(OH)x]2-のxが様々な値をとる金属のフルオロ錯体の中間体が存在する。この中間体は、一度、[M(OH)6]2-で表されるオキシ水酸化物の形になると、上述した化学式2の反応が支配的になる。こうなると、目的とする基板上だけではなく、処理液中でも金属の酸化物が多量に析出し、沈殿物になると推測している。
・捕捉剤(ホウ酸)を添加する方法
処理液にホウ酸を添加し始めた当初では、ホウ酸の添加量が少なく、金属のフルオロ錯体からフッ素イオンを捕捉する反応が十分に行われず、中間体の金属のフルオロ錯体が処理液中に多く存在している。そして、ホウ酸の添加量がある量となった時点で、オキシ水酸化物が多量に生成されるに至る。この結果、金属の酸化物が多量に析出するようになり、沈殿物になる。
これに対して、本発明の処理液に金属のフルオロ錯体溶液を添加する方法では、添加の初期から十分に金属のフルオロ錯体からフッ素イオンを捕捉する反応が行われ、速やかにオキシ水酸化物が生成され始める。この結果、金属の酸化物は順次コンスタントに析出するものと考えられ、沈殿物は発生しない。
なお、一度に多量の金属のフルオロ錯体溶液を添加すると、沈殿物が発生する虞があるので、金属のフルオロ錯体の添加量を調整することが好ましい。
図1は、ガスセンサ10の構成例を示す断面模式図である。この装置10は、基板12と基板上に形成した電極13,13と、金属の酸化物半導体膜11と、基板下部に加熱用ヒータ14とを備えてなる。
実施例1は、ガスセンサの金属の酸化物半導体膜11としてSnO2膜をSiの基板上に形成した例である。図2は、ガスセンサの製造工程を説明する図である。
つぎに、Siの基板12の表面上に蒸着やペーストによりPtを成膜する。その後、パターニングにより、所望のパターン形状を有する電極13,13を形成する(b)。
さらにSiの基板12の裏面上に、同じく蒸着やペーストによりPtなどを成膜する。その後、パターニングにより、所望のパターン形状を有するヒータ14を形成する(c)。
そして、電極13,13およびヒータ14が形成されたSiの基板12上に金属の酸化物半導体膜11としてのSnO2膜を形成する(d)。
1.処理液の調製
2.基板の準備
3.初期の処理液の調製
4.基板を処理液に浸漬
5.処理液に金属のフルオロ錯体の添加
6.基板の取り上げ
7.基板の洗浄・乾燥
得られたSnO2膜のSEM観察を実施した。観察条件は破断面から15度傾けて、加速電圧を10kV、照射電流を10μA、撮影倍率を5万倍とした。得られたSEM写真を図5〜図7に示す。
さらに、得られたSnO2膜の粒子径の測定をTEM観察にて行った。観察用の試料は、実際のセンサの使用状況を考慮して、まず、600℃で2時間焼成してから、TEM観察用の試料を調製した。観察条件は加速電圧を200kV、撮影倍率を17万倍とした。なお、写真から実際の粒径を求める際の補正には、Siサンプルの(111)面の格子面間隔をリファレンスとして使用した。
さらに、得られたSnO2膜に対して、透明な粘着性テープ(5mm幅)を貼り付けた後に勢い良く引き剥がす方法で密着性を評価したところ、剥離しない程度の密着性を有していることを確認した。
この実施例2は、金属の酸化物半導体膜の形成時に基板を揺動させた例である。金属のフルオロ錯体溶液とホウ酸水溶液は、実施例1と同様の手順で作製した。
実施例1と同様にして、基板上にSnO2膜を形成した後、以下の方法でWO3を形成した。
タングステン酸(WO3・H2O)をフッ化水素水に溶解し、タングステンのフルオロ錯体を調製した。フッ素イオン捕捉剤としては、ホウ酸水溶液を使用した。処理液中のタングステンの濃度を0.005mol/L、ホウ酸濃度を0.15mol/Lに調製した処理液を使用し、WO3を通常の液相析出法にて形成した。形成後、この基板を600℃で焼成した。
まず、実施例3に示したWO3の形成方法にて、基板上にWO3を形成した。つぎに、WO3が形成された基板上に、実施例1に示したSnO2膜の形成方法により、SnO2膜を形成した。形成後、この基板を600℃で焼成した。
11:金属の酸化物半導体膜
12:基板
13:電極
14:ヒータ
21:製造装置
22:処理液
23:容器
24:ポンプ
25:配管
26:金属のフルオロ錯体溶液
27:上下動機構
28:シャフト
29:クランプ
51:センサ素子部
52:基板
53:SnO2膜
54:金属の酸化物(粒子状)
55:金属の酸化物(膜状)
Claims (10)
- 金属のフルオロ錯体と当該金属のフルオロ錯体の加水分解平衡反応において発生するフッ素イオンを化学的に捕捉する捕捉剤とを含む処理液、または前記捕捉剤のみを含む処理液に、基板を接触させ、さらに前記処理液に前記金属のフルオロ錯体を添加しながら、前記金属の酸化物半導体膜を前記基板の上に析出させる工程を備えるガスセンサの製造方法。
- 前記金属のフルオロ錯体の添加を、間欠的または連続的に行う請求項1に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記金属のフルオロ錯体の添加量を、前記捕捉剤に捕捉された量が増加したときに増加させ、前記捕捉剤に捕捉された量が減少したときに減少させるように調整する請求項1または2に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記処理液に接触させた前記基板を揺動する請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記揺動は、少なくとも前記金属のフルオロ錯体を添加したときに行う請求項4に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記捕捉剤がホウ酸である請求項1〜5のいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記金属のフルオロ錯体がSnのフルオロ錯体である請求項1〜6のいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記基板の上にSnの酸化物半導体膜を形成させた後、当該Snの酸化物半導体膜の上に液相析出法により、Snとは異なる金属の酸化物を析出させる工程を備える請求項7に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記基板として、液相析出法によりSnとは異なる金属の酸化物を析出させたものを使用する請求項7に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記Snとは異なる金属の酸化物がWO3である請求項8または9に記載のガスセンサの製造方法。
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