JP4931523B2 - Gas sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、酸化物半導体薄膜をガス感知膜として有するガスセンサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a gas sensor having an oxide semiconductor thin film as a gas sensing film and a manufacturing method thereof.

酸化物半導体薄膜をガス感知膜として有するガスセンサは、検知対象ガスが前記薄膜に接触した際に生じる薄膜の電気抵抗値の変化によってガスの存在を検知するものである。   A gas sensor having an oxide semiconductor thin film as a gas sensing film detects the presence of a gas by a change in the electrical resistance value of the thin film that occurs when a gas to be detected comes into contact with the thin film.

詳細には、次の機能に基づいてガスを検知する。即ち、ガスが薄膜と触れると、薄膜はガスを酸化する。この際、薄膜は同時に還元される。この反応に伴って、ガスと薄膜との間で電子の授受がなされて薄膜の電気抵抗値が変化する。電気抵抗値の変化量はガス種に固有であるため、電気抵抗値の変化量を測定することによりガスを検知できる。   Specifically, the gas is detected based on the following functions. That is, when the gas touches the thin film, the thin film oxidizes the gas. At this time, the thin film is simultaneously reduced. Along with this reaction, electrons are transferred between the gas and the thin film, and the electric resistance value of the thin film changes. Since the change amount of the electric resistance value is specific to the gas type, the gas can be detected by measuring the change amount of the electric resistance value.

上記ガスセンサにより検知可能なガスとしては、例えば、揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compound);メタンなどの可燃性ガス;一酸化炭素や窒素酸化物などの有毒ガス;硫黄化合物などの悪臭ガスが挙げられる。   Examples of gases that can be detected by the gas sensor include volatile organic compounds (VOC); flammable gases such as methane; toxic gases such as carbon monoxide and nitrogen oxides; and malodorous gases such as sulfur compounds. Can be mentioned.

上記ガスの中でも、揮発性有機化合物(以下「VOC」とも言う)は、常温下において揮発し易い有機化合物であって、代表的な大気汚染物質として知られている。VOCには多くの種類があるが、特に、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン等は長期暴露により健康被害を与えるとして注目されている。そのため、厚生労働省によって下記表1のように各VOCに対する室内濃度指針値が規定されており、指針値以下の濃度となるように、建造物内の換気システムを制御することが望まれている。   Among the gases, a volatile organic compound (hereinafter also referred to as “VOC”) is an organic compound that easily volatilizes at room temperature, and is known as a typical air pollutant. There are many types of VOCs. In particular, formaldehyde, acetaldehyde, toluene, xylene, ethylbenzene, styrene, and the like are attracting attention as they cause health damage due to long-term exposure. Therefore, the Ministry of Health, Labor and Welfare defines indoor concentration guideline values for each VOC as shown in Table 1 below, and it is desired to control the ventilation system in the building so that the concentration is below the guideline value.

Figure 0004931523
Figure 0004931523

VOCのうち、芳香族系VOC(トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン)を検知するガスセンサとしては、例えば、特許文献1に記載がある。特許文献1には、一対の検出電極を設けてなる絶縁基板上に、金属酸化物半導体を主成分とする感応層を、前記検出電極を覆って設けた半導体式ガス検知素子(ガスセンサ)であって、前記感応層中における前記電極間通電領域に被検知ガスの反応を触媒する触媒部を設けた基板型半導体式ガス検知素子が記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses a gas sensor that detects an aromatic VOC (toluene, xylene, ethylbenzene, styrene) among VOCs. Patent Document 1 discloses a semiconductor gas detection element (gas sensor) in which a sensitive layer mainly composed of a metal oxide semiconductor is provided on an insulating substrate provided with a pair of detection electrodes so as to cover the detection electrodes. In addition, there is described a substrate type semiconductor gas detection element in which a catalyst portion for catalyzing a reaction of a gas to be detected is provided in the inter-electrode energization region in the sensitive layer.

特許文献1には、感応層として酸化タングステンが例示されている。酸化タングステンには芳香族系VOC選択性があり、芳香族系VOC検知用のガスセンサ感応膜として有用であることが既に知られている(特許文献1の[0015]段落等)。特許文献1には、電極間通電領域に更に白金やパラジウムを含む触媒部を設けることが記載されており、これによりガス選択性や検知感度をより改善できると記載されている(同[0007]、[0010]〜[0011]段落)。   Patent Document 1 exemplifies tungsten oxide as the sensitive layer. Tungsten oxide has aromatic VOC selectivity and is already known to be useful as a gas sensor sensitive film for detecting aromatic VOC (paragraph [0015] of Patent Document 1). Patent Document 1 describes that a catalyst portion containing platinum or palladium is further provided in the inter-electrode energization region, which describes that gas selectivity and detection sensitivity can be further improved (same [0007]. [0010] to [0011] paragraphs).

しかしながら、特許文献1に記載のガスセンサは、低濃度におけるVOCの検知感度を更に改善する余地がある。なぜなら、上記指針値が低濃度に設定されているため、かかる低濃度において高い検知感度が要求されるからである。特許文献1の図5には、感応層に酸化タングステンを使用し、触媒層にパラジウム微粒子を使用したガスセンサのトルエン検知特性が示されている。これによれば、指針値(0.07ppm)での感度はわずか3であり、低濃度での検知特性を改善する余地があることが分かる。なお、上記感度はガスセンサを400℃で作動させた場合の空気中における抵抗値(Rair)と検知対象ガス中における抵抗値(Rgas)の比(Ra/Rg)として算出される数値であり、数値が大きい程、感度が高いことを意味する(同[0019]段落)。
特開2004−294364号公報(請求項1、6、7)
However, the gas sensor described in Patent Document 1 has room to further improve the VOC detection sensitivity at a low concentration. This is because the guide value is set to a low concentration, and a high detection sensitivity is required at such a low concentration. FIG. 5 of Patent Document 1 shows toluene detection characteristics of a gas sensor using tungsten oxide for the sensitive layer and palladium fine particles for the catalyst layer. This shows that the sensitivity at the guideline value (0.07 ppm) is only 3, and there is room for improving the detection characteristics at low concentrations. The sensitivity is a numerical value calculated as a ratio (Ra / Rg) of the resistance value (Rair) in air and the resistance value (Rgas) in the detection target gas when the gas sensor is operated at 400 ° C. The larger the value, the higher the sensitivity (paragraph [0019]).
JP 2004-294364 A (Claims 1, 6 and 7)

本発明は、酸化物半導体薄膜をガス感知膜として有するガスセンサであって、低濃度のVOCの検出感度が高められたガスセンサを提供することを主な目的とする。   The main object of the present invention is to provide a gas sensor having an oxide semiconductor thin film as a gas sensing film and having enhanced detection sensitivity for low-concentration VOCs.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、酸化物半導体薄膜として、ディスク状の酸化タングステン粒子を含有する薄膜を用いる場合には、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that the above object can be achieved when a thin film containing disk-shaped tungsten oxide particles is used as the oxide semiconductor thin film. It came to complete.

即ち、本発明は、下記のガスセンサ及びその製造方法に関する。
1. 絶縁基板上に一対の電極が形成されており、更に前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上に形成された酸化物半導体薄膜を有するガスセンサであって、
前記薄膜はディスク状の酸化タングステン粒子を含有し、
前記ディスク状の酸化タングステン粒子は、直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmである
ことを特徴とするガスセンサ。
. 前記ガスセンサは、検知対象ガスが前記薄膜に接触した際に生じる前記薄膜の電気抵抗値の変化によって前記対象ガスの存在を検知する、上記項1に記載のガスセンサ。
. 前記一対の電極は、一対の櫛形電極であり、一方の櫛形電極の櫛歯と他方の櫛形電極の櫛歯とが相互に挟み合うように対向配置されており、一方の櫛形電極の櫛歯と、隣接する他方の櫛形電極の櫛歯との間隔が0.5〜5μmである、上記項1又は2に記載のガスセンサ。
. 前記薄膜は、HWOの脱水により形成される、上記項1〜のいずれかに記載のガスセンサ。
. 芳香族系揮発性有機化合物を検知するための、上記項1〜のいずれかに記載のガスセンサ。
. 絶縁基板上に一対の電極が形成されており、更に前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上に形成された酸化物半導体薄膜を有するガスセンサの製造方法であって、
(1)前記絶縁基板上に一対の電極を形成する工程1、
(2)前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上にHWO含有液を供給する工程2、及び
(3)供給したHWOを脱水させることにより、ディスク状の酸化タングステン粒子を含有する前記薄膜を形成する工程3、を有することを特徴とする製造方法。
. 前記ディスク状の酸化タングステン粒子は、直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmである、上記項に記載の製造方法。
. 前記HWO含有液はHWO懸濁液であり、且つ、前記工程3において、供給したHWO懸濁液を乾燥・焼成する、上記項又はに記載の製造方法。
. 前記HWO懸濁液は、(NH101241・5HOの水溶液を酸により中和して得られる沈殿物を水及び/又は有機分散媒に分散させることにより得られる、上記項に記載の製造方法。

以下、本発明のガスセンサ及びその製造方法について詳細に説明する。
That is, this invention relates to the following gas sensor and its manufacturing method.
1. A gas sensor having a pair of electrodes formed on an insulating substrate, and further comprising an oxide semiconductor thin film formed on the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes,
The thin film contains disk-shaped tungsten oxide particles ,
The gas sensor according to claim 1, wherein the disk-shaped tungsten oxide particles have a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm .
2 . The gas sensor senses the presence of the target gas by a change in the electric resistance of the thin film that occurs when the detection target gas comes into contact with the thin film gas sensor according to 1.
3 . The pair of electrodes are a pair of comb-shaped electrodes, and are disposed to face each other so that the comb teeth of one comb-shaped electrode and the comb teeth of the other comb-shaped electrode are sandwiched between each other. Item 3. The gas sensor according to Item 1 or 2 , wherein an interval between the other adjacent comb-shaped electrode and the comb teeth is 0.5 to 5 µm.
4 . The gas sensor according to any one of Items 1 to 3 , wherein the thin film is formed by dehydration of H 2 WO 4 .
5 . Item 5. The gas sensor according to any one of Items 1 to 4 , which detects an aromatic volatile organic compound.
6 . A method of manufacturing a gas sensor, wherein a pair of electrodes is formed on an insulating substrate, and further includes an oxide semiconductor thin film formed on the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes,
(1) Step 1 of forming a pair of electrodes on the insulating substrate,
(2) Step 2 of supplying a liquid containing H 2 WO 4 onto the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes, and (3) dehydrating the supplied H 2 WO 4 to dehydrate the disk-shaped tungsten oxide The manufacturing method characterized by having the process 3 of forming the said thin film containing particle | grains.
7 . Item 7. The manufacturing method according to Item 6 , wherein the disk-shaped tungsten oxide particles have a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm.
8 . The manufacturing method according to Item 6 or 7 , wherein the H 2 WO 4 -containing liquid is an H 2 WO 4 suspension, and the supplied H 2 WO 4 suspension is dried and fired in Step 3. .
9 . The H 2 WO 4 suspension, obtained by dispersing the (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H precipitate obtained was neutralized with 2 O aqueous solution of acid in water and / or organic dispersion medium Item 9. The method according to Item 8 , wherein

Hereinafter, the gas sensor of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail.

ガスセンサ
本発明のガスセンサは、絶縁基板上に一対の電極が形成されており、更に前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上に形成された酸化物半導体薄膜を有し、前記薄膜は、ディスク状の酸化タングステン粒子を含有することを特徴とする。かかる本発明のガスセンサは、酸化物半導体薄膜をガス感知膜として有するガスセンサであって、検知対象ガスが前記薄膜に接触した際に生じる前記薄膜の電気抵抗値の変化によって前記対象ガスの存在を検知する。
The gas sensor of the present invention has a pair of electrodes formed on an insulating substrate, and further includes an oxide semiconductor thin film formed on the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes, It contains disc-shaped tungsten oxide particles. The gas sensor according to the present invention is a gas sensor having an oxide semiconductor thin film as a gas sensing film, and detects the presence of the target gas by a change in electrical resistance value of the thin film generated when the gas to be detected contacts the thin film. To do.

上記特徴を有するガスセンサは、ディスク状の酸化タングステン粒子(好適には直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmである)を含有する酸化物半導体薄膜を有する。これにより、VOC(特に芳香族VOC)を、厚生労働省の規定する濃度指針値付近の低濃度においても高感度で検知することができる。なお、芳香族VOCだけでなく、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等のVOCも高感度で検知することができる。上記薄膜は、特に本発明の製造方法を採用することにより容易に得られる。このようなガスセンサは、換気装置等と組み合わせることにより、高精度な換気システムを構築することができる。   The gas sensor having the above characteristics includes an oxide semiconductor thin film containing disk-shaped tungsten oxide particles (preferably having a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm). Thereby, VOC (especially aromatic VOC) can be detected with high sensitivity even at a low concentration in the vicinity of the concentration guide value defined by the Ministry of Health, Labor and Welfare. In addition to aromatic VOCs, VOCs such as formaldehyde and acetaldehyde can be detected with high sensitivity. In particular, the thin film can be easily obtained by employing the production method of the present invention. By combining such a gas sensor with a ventilator or the like, a highly accurate ventilation system can be constructed.

以下、本発明のガスセンサの各部について説明する。なお、本発明のガスセンサは、前記薄膜が上記した酸化タングステン粒子を含有すること、好適な実施態様において下記の微細な櫛形電極を用いること以外は限定されず、他の構成部品については、酸化物半導体薄膜をガス感知膜として用いる公知のガスセンサと同じものが使用できる。   Hereinafter, each part of the gas sensor of the present invention will be described. The gas sensor of the present invention is not limited except that the thin film contains the above-described tungsten oxide particles, and in the preferred embodiment, the following fine comb-shaped electrodes are used. A known gas sensor using a semiconductor thin film as a gas sensing film can be used.

≪絶縁基板≫
絶縁基板としては、センサ基板としての強度と絶縁性を有するものであれば限定されず、例えば、シリコン基板、アルミナ基板等が使用できる。シリコン基板を用いる場合には、基板上に更にシリコン酸化物を形成してもよい。
≪Insulating substrate≫
The insulating substrate is not limited as long as it has strength and insulating properties as a sensor substrate, and for example, a silicon substrate, an alumina substrate, or the like can be used. When a silicon substrate is used, silicon oxide may be further formed on the substrate.

絶縁基板の厚さは限定されず、センサの大きさや特性に応じて適宜設定できる。   The thickness of the insulating substrate is not limited and can be set as appropriate according to the size and characteristics of the sensor.

≪一対の電極≫
絶縁基板上に形成される一対の電極は、電極どうしが接触しない態様で配置されている。通常は一方の電極と他方の電極とを対向配置すればよい。ガスセンサにおける後記薄膜は、このような一対の電極にまたがるように被覆される。つまり、薄膜によって電極どうしの通電性が確保される。そのため、薄膜の電気抵抗値が変化すれば、電極間を通過する電流値が変化するため、これによりガスの存在を検知できる。
≪A pair of electrodes≫
The pair of electrodes formed on the insulating substrate is arranged in such a manner that the electrodes do not contact each other. Usually, one electrode and the other electrode may be arranged to face each other. The thin film described later in the gas sensor is coated so as to span such a pair of electrodes. That is, the conductivity between the electrodes is ensured by the thin film. Therefore, if the electric resistance value of the thin film changes, the value of the current passing between the electrodes changes, so that the presence of gas can be detected.

電極を構成する材料は、電極材料として適したものであれば限定されず、例えば、金、白金、パラジウム、白金パラジウム合金等が使用できる。電極の厚さは限定的ではなく、通常は0.1〜0.5μm程度が好ましく、0.1〜0.3μm程度がより好ましい。   The material which comprises an electrode will not be limited if it is suitable as an electrode material, For example, gold | metal | money, platinum, palladium, a platinum palladium alloy etc. can be used. The thickness of the electrode is not limited and is usually preferably about 0.1 to 0.5 μm, more preferably about 0.1 to 0.3 μm.

上記一対の電極としては、特に一対の櫛形電極を用いることが好ましい。櫛形電極は、複数本の櫛歯(いわゆる電極子)を有する櫛形の電極である。また、一対の櫛形電極は、一方の櫛形電極の櫛歯と他方の櫛形電極の櫛歯とが相互に挟み合う(噛み合う)ように対向配置することが好ましい。   As the pair of electrodes, it is particularly preferable to use a pair of comb electrodes. The comb-shaped electrode is a comb-shaped electrode having a plurality of comb teeth (so-called electrode elements). In addition, the pair of comb-shaped electrodes are preferably disposed to face each other so that the comb teeth of one comb-shaped electrode and the comb teeth of the other comb-shaped electrode are sandwiched (engaged) with each other.

図面を用いてより詳しく説明する。図1のAは、絶縁基板1上に一対の櫛形電極(3a、3b)を上記態様で対向配置したことを示す模式図である。図1のBは、櫛形電極の拡大図であり、それには端子2b側から延びる櫛歯3bと端子2a側から延びる櫛歯3aとが相互に挟み合っている態様が示されている(白色部分が櫛歯及び端子である)。   This will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic diagram showing that a pair of comb-shaped electrodes (3a, 3b) are arranged opposite to each other on the insulating substrate 1 in the above-described manner. FIG. 1B is an enlarged view of the comb-shaped electrode, in which a comb tooth 3b extending from the terminal 2b side and a comb tooth 3a extending from the terminal 2a side are sandwiched (white portion). Are comb teeth and terminals).

上記櫛形電極の櫛歯の大きさや本数は限定的ではないが、櫛歯どうしの間隔が狭い方がセンサ感度をより高められる。櫛歯の間隔(線間隔:対向配置後の隣接する櫛歯間距離)は、0.5〜5μm程度が好ましく、0.5〜2μm程度がより好ましい。櫛歯の幅(線幅)は限定的ではないが、好適には、櫛歯の線幅と線間隔が同じとなるように設定する。櫛歯の長さはセンサの大きさに応じて適宜設定できるが、0.3〜0.7mm程度が好ましい。   The size and number of comb teeth of the comb electrode are not limited, but the sensor sensitivity can be further enhanced when the interval between the comb teeth is narrow. The interval between the comb teeth (line interval: the distance between adjacent comb teeth after opposing arrangement) is preferably about 0.5 to 5 μm, and more preferably about 0.5 to 2 μm. The width (line width) of the comb teeth is not limited, but is preferably set so that the line width and the line spacing of the comb teeth are the same. The length of the comb teeth can be appropriately set according to the size of the sensor, but is preferably about 0.3 to 0.7 mm.

≪酸化物半導体薄膜≫
酸化物半導体薄膜は、前記一対の電極を被覆するように絶縁基板上に形成されている。被覆態様は限定的ではないが、ガス感知効率の観点からは、図2のaで示されるように、電極全体が被覆されていることが好ましい。
≪Oxide semiconductor thin film≫
The oxide semiconductor thin film is formed on the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes. The coating mode is not limited, but from the viewpoint of gas sensing efficiency, it is preferable that the entire electrode is coated as shown in FIG.

本発明では、酸化物半導体薄膜は、特にディスク状(略円盤状)の酸化タングステン(WO)粒子を含有する。ディスク状粒子の大きさは限定的ではないが、直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmであることが好ましい。 In the present invention, the oxide semiconductor thin film contains, in particular, disk-shaped (substantially disk-shaped) tungsten oxide (WO 3 ) particles. The size of the disk-like particles is not limited, but it is preferable that the diameter is 100 to 300 nm and the thickness is 20 to 70 nm.

具体的には、薄膜は前記ディスク状の酸化タングステン粒子の集合体であって、実質的に前記ディスク状の酸化タングステン粒子から形成されていることが好ましい。なお、前記ディスク状の酸化タングステン粒子を主成分として含み、その他の形態・種類の粒子を更に含むように設定することもできる。   Specifically, it is preferable that the thin film is an aggregate of the disk-shaped tungsten oxide particles and is substantially formed from the disk-shaped tungsten oxide particles. In addition, it can also be set so that the said disk-shaped tungsten oxide particle | grains may be included as a main component and the particle | grains of another form and kind may be further included.

なお、上記酸化タングステン粒子の形態は、粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察することにより特定される。   The form of the tungsten oxide particles is specified by observing the particles with a scanning electron microscope (SEM).

薄膜の厚さは限定的ではないが、電極の厚さと同程度とすることが好ましい。つまり、電極の厚さが0.1〜0.5μm程度である場合には、薄膜の厚さも0.1〜0.5μm程度であることが好ましい。かかる薄膜は絶縁基板上に形成されており、薄膜の内部に電極が埋没する態様で電極を被覆している。   The thickness of the thin film is not limited, but it is preferably about the same as the thickness of the electrode. That is, when the thickness of the electrode is about 0.1 to 0.5 μm, the thickness of the thin film is preferably about 0.1 to 0.5 μm. Such a thin film is formed on an insulating substrate and covers the electrode in such a manner that the electrode is buried inside the thin film.

≪他の構成要素及びセンサの動作方法≫
電極と接続されている端子(例えば、図1の2a,2b)には、例えば、リード線(4a、4b)が接続される。端子及びリード線の材質は特に限定されず、例えば、金端子や金リード線を使用することができる。
≪Other components and sensor operation methods≫
For example, lead wires (4a, 4b) are connected to terminals (for example, 2a, 2b in FIG. 1) connected to the electrodes. The material of the terminal and the lead wire is not particularly limited, and for example, a gold terminal or a gold lead wire can be used.

リード線(4a、4b)には、図1では図示していないが、抵抗計が接続される。即ち、当該抵抗計によって電極間(酸化物半導体薄膜)の電気抵抗値を測定する。そして、検知対象ガスが薄膜に触れた際に薄膜の電気抵抗値が変化し、その変化を検出することにより、対象ガスの存在を検知する。   Although not shown in FIG. 1, an ohmmeter is connected to the lead wires (4a, 4b). That is, the electrical resistance value between the electrodes (oxide semiconductor thin film) is measured by the resistance meter. When the detection target gas touches the thin film, the electric resistance value of the thin film changes, and the presence of the target gas is detected by detecting the change.

また、ガスセンサは酸化物半導体薄膜の温度によって感度が変動するため、ガスセンサ温度を調整するためのヒーターを有していてもよい。ヒーターとしては、600℃程度の加熱が可能なものが好ましく、ガスセンサは400〜600℃程度、好ましくは450〜550℃程度で作動させることが好ましい。ヒーターは、例えば、絶縁基板の裏面に設置する。   In addition, since the sensitivity of the gas sensor varies depending on the temperature of the oxide semiconductor thin film, the gas sensor may have a heater for adjusting the gas sensor temperature. The heater is preferably capable of heating at about 600 ° C., and the gas sensor is preferably operated at about 400 to 600 ° C., preferably about 450 to 550 ° C. For example, the heater is installed on the back surface of the insulating substrate.

上記ガスセンサの性能は、いわゆる感度により評価する。なお、本発明のガスセンサの感度Sは、ガスセンサを500℃で駆動した場合の空気中における抵抗値(Rair)と検知対象ガス中における抵抗値(Rgas)の比(Ra/Rg)から算出する。つまり、本明細書における感度Sは、S=Ra/Rg(500℃)で表される。   The performance of the gas sensor is evaluated by so-called sensitivity. The sensitivity S of the gas sensor of the present invention is calculated from the ratio (Ra / Rg) of the resistance value (Rair) in air and the resistance value (Rgas) in the detection target gas when the gas sensor is driven at 500 ° C. That is, the sensitivity S in this specification is represented by S = Ra / Rg (500 ° C.).

本発明のガスセンサは、低濃度の芳香族系VOC(トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン等)を高感度で検知することができる。具体的には、好適な実施態様では、濃度指針値レベルの低濃度の芳香族系VOCさえも十分に検知可能である。即ち、本発明のガスセンサは、芳香族系VOCを検知するためのガスセンサとして有利であり、更には、ガスセンサと換気装置などを連携して高精度な換気システムを構築することもできる。   The gas sensor of the present invention can detect low-concentration aromatic VOCs (toluene, xylene, ethylbenzene, styrene, etc.) with high sensitivity. Specifically, in the preferred embodiment, even low concentration aromatic VOCs at the concentration guideline level are sufficiently detectable. That is, the gas sensor of the present invention is advantageous as a gas sensor for detecting an aromatic VOC, and furthermore, a highly accurate ventilation system can be constructed by linking the gas sensor and the ventilation device.

ガスセンサの製造方法
本発明のガスセンサの製造方法は限定的ではないが、例えば、下記工程1〜3を有する製造方法(本発明の製造方法)が好ましい。
(1)前記絶縁基板上に一対の電極を形成する工程1、
(2)前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上にHWO含有液を供給する工程2、及び
(3)供給したHWOを脱水させることにより、ディスク状の酸化タングステン粒子を含有する前記薄膜を形成する工程3。
Manufacturing Method of Gas Sensor The manufacturing method of the gas sensor of the present invention is not limited, but for example, a manufacturing method having the following steps 1 to 3 (a manufacturing method of the present invention) is preferable.
(1) Step 1 of forming a pair of electrodes on the insulating substrate,
(2) Step 2 of supplying a liquid containing H 2 WO 4 onto the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes, and (3) dehydrating the supplied H 2 WO 4 to dehydrate the disk-shaped tungsten oxide Step 3 of forming the thin film containing particles.

上記製造方法は、特に酸化物半導体薄膜を形成する際にHWO(タングステン酸)含有液を、電極を被覆する態様で供給し、次にHWOを脱水させるところに特徴がある。この薄膜形成方法によれば、特にディスク状(好適には直径が100〜300nmであり厚さ20〜70nmである)の酸化タングステン粒子を含有する薄膜が得られ易い。 The above-mentioned production method is characterized in that, in particular, when forming an oxide semiconductor thin film, a liquid containing H 2 WO 4 (tungstic acid) is supplied in a manner to cover the electrode, and then H 2 WO 4 is dehydrated. . According to this thin film forming method, a thin film containing tungsten oxide particles having a disk shape (preferably having a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm) is easily obtained.

以下、工程ごとに分けて説明する。   Hereafter, it demonstrates for every process.

≪工程1≫
工程1では、絶縁基板上に一対の電極を形成する。
≪Process 1≫
In step 1, a pair of electrodes is formed on the insulating substrate.

絶縁基板については、前記の通りである。   The insulating substrate is as described above.

電極の形成方法としては、例えば、化学気相成長法(CVD)、物理気相成長法(PVD)、蒸着、スパッタリング、スクリーン印刷、フォトリソグラフィー等が利用できる。微細な櫛形電極を形成する場合には、特にフォトリソグラフィーが好ましい。電極の材質、厚さ及び形状については、前記の通りである。   As a method for forming the electrode, for example, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), vapor deposition, sputtering, screen printing, photolithography and the like can be used. In the case of forming a fine comb-shaped electrode, photolithography is particularly preferable. The material, thickness and shape of the electrode are as described above.

≪工程2≫
工程2では、前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上にHWO含有液を供給する。
≪Process 2≫
In step 2, an H 2 WO 4 containing liquid is supplied onto the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes.

WOは、例えば、(NH101241・5HOの水溶液を用意し、これを酸で中和することにより、沈殿として得られる。中和に使用する酸は限定されないが、例えば、硝酸水溶液などが使用できる。(NH101241・5HOの水溶液の濃度は6〜10mmol/l程度が好ましい。硝酸水溶液の濃度は3〜6mol/l程度が好ましい。 H 2 WO 4, for example, (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O aqueous solution was prepared, by neutralizing it with acid, obtained as a precipitate. Although the acid used for neutralization is not limited, For example, nitric acid aqueous solution etc. can be used. (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 concentration of O in the aqueous solution is preferably about 6~10mmol / l. The concentration of the nitric acid aqueous solution is preferably about 3 to 6 mol / l.

中和の際は、(NH101241・5HO水溶液及び硝酸水溶液を70〜90℃程度に加温しておき、(NH101241・5HOの水溶液に硝酸水溶液を徐々に滴下することが好ましい。滴下により生じるHWOの沈殿は、ディスク状(好適には直径が100〜300nm程度であり厚さが20〜70nm程度)である。沈殿を生成させる際は、当該形状の沈殿が均一に生成するように滴下条件を整えることが好ましい。また、生じた沈殿は一晩以上(12時間以上)熟成後にイオン交換水などで洗浄することが好ましい。 During neutralization, (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O-solution and nitric acid aqueous solution previously warmed to about 70~90 ℃, (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O of It is preferable to gradually drop the aqueous nitric acid solution into the aqueous solution. The precipitate of H 2 WO 4 produced by the dropping is disk-like (preferably having a diameter of about 100 to 300 nm and a thickness of about 20 to 70 nm). When the precipitate is generated, it is preferable to adjust the dropping conditions so that the precipitate having the shape is uniformly generated. Moreover, it is preferable to wash the resulting precipitate with ion-exchanged water or the like after aging overnight (12 hours or more).

WO含有液は、例えば、HWOを水及び/又は有機分散媒中に分散させることにより調製する。この点において、HWO含有液は、実質的には懸濁液である。 The H 2 WO 4 -containing liquid is prepared, for example, by dispersing H 2 WO 4 in water and / or an organic dispersion medium. In this respect, the H 2 WO 4 containing liquid is substantially a suspension.

上記有機分散媒としては、例えば、エチレングリコールが挙げられる。懸濁液を調製する際は、HWOの分散性を高めるために、分散媒中で10日〜2週間程度撹拌することが好ましい。HWOの分散性を十分に高めておくことにより、均一な薄膜を形成し易くなり、更にはセンサ感度の向上にもつながる。 Examples of the organic dispersion medium include ethylene glycol. When preparing the suspension, it is preferable to stir in the dispersion medium for about 10 days to 2 weeks in order to enhance the dispersibility of H 2 WO 4 . By sufficiently increasing the dispersibility of H 2 WO 4 , it becomes easy to form a uniform thin film, and further leads to an improvement in sensor sensitivity.

WO含有液は、例えば、微少量の滴下に適したマイクロマニピュレータを用いて行う。液の供給量は限定的ではなく、所望の薄膜の厚さや電極面積などに応じて調整する。 The H 2 WO 4 -containing liquid is performed using, for example, a micromanipulator suitable for a small amount of dripping. The supply amount of the liquid is not limited, and is adjusted according to the desired thin film thickness, electrode area, and the like.

≪工程3≫
工程3は、供給したHWOを脱水させることにより、ディスク状(好適には直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmである)の酸化タングステン粒子を含有する酸化物半導体薄膜を形成する。
≪Process 3≫
Step 3 dehydrates the supplied H 2 WO 4 to form an oxide semiconductor thin film containing tungsten oxide particles in a disk shape (preferably having a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm). Form.

WOを脱水させるには、通常は乾燥・焼成を行う。 In order to dehydrate H 2 WO 4 , drying and firing are usually performed.

乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は80〜120℃程度が好ましく、90〜110℃程度がより好ましい。乾燥時間は乾燥温度に応じて設定できるが、3〜12時間程度が好ましく、6〜9時間程度がより好ましい。乾燥雰囲気は限定されず、通常は大気下でよい。   The drying conditions are not particularly limited, but the drying temperature is preferably about 80 to 120 ° C, more preferably about 90 to 110 ° C. Although drying time can be set according to drying temperature, about 3 to 12 hours are preferable and about 6 to 9 hours are more preferable. The drying atmosphere is not limited, and may usually be in the air.

焼成条件も特に限定されないが、焼成温度は400〜600℃程度が好ましく、450〜550℃程度がより好ましい。焼成時間は焼成温度に応じて設定できるが、3〜6時間程度が好ましく、3〜4時間程度がより好ましい。焼成雰囲気は限定されず、通常は大気下でよい。   The firing conditions are not particularly limited, but the firing temperature is preferably about 400 to 600 ° C, more preferably about 450 to 550 ° C. Although baking time can be set according to baking temperature, about 3 to 6 hours are preferable and about 3 to 4 hours are more preferable. The firing atmosphere is not limited and may usually be in the air.

上記の脱水(乾燥・焼成)を経ることにより、ディスク状の酸化タングステン粒子を含有する酸化物半導体薄膜を形成する。なお、薄膜の厚さについては、前記の通りである。   Through the above dehydration (drying and baking), an oxide semiconductor thin film containing disk-shaped tungsten oxide particles is formed. The thickness of the thin film is as described above.

上記のようにHWO含有液を電極に供給し、それを脱水する際には、供給領域の縁部分(周辺部分)が中心部と比べて盛り上がる傾向がある。図2のaを用いて説明すると、円形で示される薄膜部分の外周が中心部と比べて厚くなっている。よって、上記工程2と工程3を行う際には、特に櫛形電極を直接被覆する領域の薄膜が所望の膜厚となるように供給領域に留意する必要がある。なお、電極の感度に影響を与えない範囲で、供給領域の周辺部分が不可避的に盛り上がることは許容される。 As described above, when the H 2 WO 4 -containing liquid is supplied to the electrode and dehydrated, the edge portion (peripheral portion) of the supply region tends to rise compared to the center portion. If it demonstrates using a of FIG. 2, the outer periphery of the thin-film part shown by circle | round | yen will be thick compared with a center part. Therefore, when performing the above steps 2 and 3, it is necessary to pay attention to the supply region so that the thin film in the region directly covering the comb electrode has a desired thickness. In addition, it is allowed that the peripheral portion of the supply region inevitably rises within a range that does not affect the sensitivity of the electrode.

上記工程1〜3に加えて、電極の端子にリード線を接続したり、リード線の先端に抵抗計を接続したり、ヒーターを設置したりする工程は公知のガスセンサの製造方法に倣って実施できる。   In addition to steps 1 to 3, the steps of connecting a lead wire to the electrode terminal, connecting a resistance meter to the tip of the lead wire, and installing a heater are performed in accordance with a known gas sensor manufacturing method. it can.

本発明のガスセンサは、ディスク状の酸化タングステン粒子(好適には直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmである)を含有する酸化物半導体薄膜を有する。これにより、VOC(特に芳香族VOC)を、厚生労働省の規定する濃度指針値付近の低濃度においても高感度で検知することができる。なお、芳香族VOCだけでなく、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等のVOCも高感度で検知することができる。上記薄膜は、特に本発明の製造方法を採用することにより容易に得られる。このようなガスセンサは、換気装置等と組み合わせることにより、高精度な換気システムを構築することができる。   The gas sensor of the present invention includes an oxide semiconductor thin film containing disk-shaped tungsten oxide particles (preferably having a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm). Thereby, VOC (especially aromatic VOC) can be detected with high sensitivity even at a low concentration in the vicinity of the concentration guide value defined by the Ministry of Health, Labor and Welfare. In addition to aromatic VOCs, VOCs such as formaldehyde and acetaldehyde can be detected with high sensitivity. In particular, the thin film can be easily obtained by employing the production method of the present invention. By combining such a gas sensor with a ventilator or the like, a highly accurate ventilation system can be constructed.

本発明のガスセンサにおける電極の配置態様を示す一例である。図1のBは図1のAの部分拡大図であり、特に櫛形電極の櫛歯の配列を示す一例である。It is an example which shows the arrangement | positioning aspect of the electrode in the gas sensor of this invention. FIG. 1B is a partially enlarged view of FIG. 1A, and is an example showing an arrangement of comb teeth of a comb-shaped electrode. 電極を被覆するように形成された酸化物半導体薄膜(WO薄膜)の走査型電子顕微鏡観察像(SEM像)である。aは100倍、bは1000倍、cは50000倍である。It is a scanning electron micrograph of the oxide semiconductor thin film formed so as to cover the electrode (WO 3 film) (SEM image). a is 100 times, b is 1000 times, and c is 50000 times. 本発明のガスセンサの温度と検知感度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature and detection sensitivity of the gas sensor of this invention. 実施例1のガスセンサの500℃における芳香族系VOCの濃度と検知感度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the density | concentration of aromatic VOC in 500 degreeC of the gas sensor of Example 1, and detection sensitivity. 比較例1のガスセンサの500℃における芳香族系VOCの濃度と検知感度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the density | concentration of the aromatic VOC in 500 degreeC of the gas sensor of the comparative example 1, and detection sensitivity.

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁基板
2a、2b 端子
3a、3b 電極(一対の櫛形電極)
4a、4b リード線
1 Insulating substrate 2a, 2b Terminal 3a, 3b Electrode (a pair of comb electrodes)
4a, 4b Lead wire

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples.

実施例1
≪タングステン酸の懸濁液の調製≫
最初にタングステン酸(HWO)の懸濁液を下記手順によって調製した。
Example 1
≪Preparation of suspension of tungstic acid≫
First, a suspension of tungstic acid (H 2 WO 4 ) was prepared by the following procedure.

先ず(NH101241・5HO:5.012gを、200mlのイオン交換水に溶解することにより、8mMの水溶液(水溶液A)を得た。 First (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O: the 5.012G, by dissolving in ion-exchanged water 200 ml, to obtain an aqueous solution of 8 mM (solution A).

次にフラスコ中で3NのHNO水溶液100mlを80℃に保ち、そこに水溶液Aを滴下して中和することにより、濃黄色の沈殿(HWO)を得た。 Next, 100 ml of 3N HNO 3 aqueous solution was kept at 80 ° C. in the flask, and aqueous solution A was added dropwise to neutralize it, thereby obtaining a deep yellow precipitate (H 2 WO 4 ).

次に沈殿を一晩熟成させた後、濾別してイオン交換水によって洗浄した。更に洗浄後の沈殿を水中で2週間撹拌することにより、HWOの懸濁液を調製した。懸濁液は濃い黄色でありHWO粒子は均一に分散していた。 Next, after aging the precipitate overnight, it was filtered and washed with ion exchange water. Further, the washed precipitate was stirred in water for 2 weeks to prepare a suspension of H 2 WO 4 . The suspension was dark yellow and the H 2 WO 4 particles were uniformly dispersed.

≪ガスセンサの作製≫
図1を参照しながら説明する。
≪Production of gas sensor≫
This will be described with reference to FIG.

厚さが0.4mmのシリコン基板表面にシリコン酸化膜を形成した4mm×10mmの絶縁基板1を用意した。   A 4 mm × 10 mm insulating substrate 1 having a silicon oxide film formed on the surface of a 0.4 mm thick silicon substrate was prepared.

絶縁基板1上に金端子(2a、2b)及び一対の金製櫛形電極(3a、3b)を蒸着によって形成した。金端子の厚さは0.2μmとした。櫛形電極は、図1のBに示されるように、対向する櫛歯が相互に噛み合うように配置した。電極の厚さは0.2μmとした。櫛歯部分は、線幅2μm、線間隔2μm、櫛長さ0.5mm、櫛本数(櫛の総本数)50本とした。   Gold terminals (2a, 2b) and a pair of gold comb electrodes (3a, 3b) were formed on the insulating substrate 1 by vapor deposition. The thickness of the gold terminal was 0.2 μm. As shown in FIG. 1B, the comb electrodes were arranged so that the opposing comb teeth mesh with each other. The electrode thickness was 0.2 μm. The comb-tooth portion had a line width of 2 μm, a line interval of 2 μm, a comb length of 0.5 mm, and the number of combs (total number of combs) of 50.

次に、金端子に金リード線(4a、4b)を接続し、更に金リード線の先に抵抗計(図示なし)を接続した。   Next, gold lead wires (4a, 4b) were connected to the gold terminal, and a resistance meter (not shown) was connected to the tip of the gold lead wire.

次に、金製櫛形電極を被覆するように、微少量の前記懸濁液をマイクロマニピュレータにより滴下した。更に自然乾燥後、空気中500℃で3時間焼成した。焼成により、タングステン酸は脱水し、ディスク状の酸化タングステン粒子の集合体からなる薄膜を形成した。   Next, a small amount of the suspension was dropped with a micromanipulator so as to cover the gold comb electrode. Further, after natural drying, it was calcined in air at 500 ° C. for 3 hours. By firing, the tungstic acid was dehydrated to form a thin film composed of an aggregate of disk-shaped tungsten oxide particles.

形成した薄膜のSEM像を図2に示す。図2のaは薄膜の全体像である。図2のbは1000倍観察像であり、観察面にうっすらと櫛形電極の形状が認められる。薄膜の厚さは0.3μmであった。図2のcは50000倍観察像である。図2のcによれば、薄膜は、ディスク状の酸化タングステン粒子(直径100〜300nm、厚さ20〜70nm)の集合体により形成されていることが分かる。   An SEM image of the formed thin film is shown in FIG. FIG. 2a is an overall view of the thin film. FIG. 2b is a 1000 × observation image, and the shape of the comb electrode is slightly observed on the observation surface. The thickness of the thin film was 0.3 μm. FIG. 2c is an observation image of 50000 times. According to FIG. 2c, it can be seen that the thin film is formed of an aggregate of disk-shaped tungsten oxide particles (diameter: 100 to 300 nm, thickness: 20 to 70 nm).

以上を経て、ガスセンサを作製した。   Through the above, a gas sensor was produced.

なお、上記櫛形電極は、線幅及び線間隔がともに2μm、櫛本数が50本であるため、「2−50電極」と称する。   The comb electrodes are referred to as “2-50 electrodes” because both the line width and the line interval are 2 μm and the number of combs is 50.

実施例2
線幅及び線間隔を3μmとした以外は、実施例1と同様にしてガスセンサを作製した。
Example 2
A gas sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that the line width and the line interval were 3 μm.

実施例2のガスセンサの櫛形電極は、「3−50電極」と称する。   The comb electrode of the gas sensor of Example 2 is referred to as “3-50 electrode”.

実施例3
線幅及び線間隔を5μmとした以外は、実施例1と同様にしてガスセンサを作製した。
Example 3
A gas sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that the line width and the line interval were set to 5 μm.

実施例3のガスセンサの櫛形電極は、「5−50電極」と称する。   The comb electrode of the gas sensor of Example 3 is referred to as “5-50 electrode”.

比較例1
(NH101241・5HOの粉末を大気中において700℃で熱分解することにより得られる球状の酸化タングステン粒子(直径100〜300nm)を使用して薄膜を形成した以外は、実施例1と同様にしてガスセンサを作製した。詳細には、球状の酸化タングステン粒子を水中で撹拌することにより、酸化タングステン粒子の懸濁液を調製し、当該懸濁液をマイクロマニピュレータにより櫛形電極を被覆するように滴下し、空気中で乾燥させることにより薄膜を形成した。薄膜は、前記球状の酸化タングステン粒子の集合体により形成されており、SEM観察によれば、実質的にディスク状の酸化タングステン粒子は含まれていなかった。
Comparative Example 1
(NH 4) 10 W 12 except that O 41 of · 5H 2 O powder to form a thin film using the tungsten oxide particles spherical obtained by pyrolysis (diameter 100 to 300 nm) at 700 ° C. in the atmosphere A gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 1. Specifically, a suspension of tungsten oxide particles is prepared by stirring spherical tungsten oxide particles in water, and the suspension is dropped with a micromanipulator so as to cover the comb-shaped electrode, and dried in air. To form a thin film. The thin film was formed by an aggregate of the spherical tungsten oxide particles, and according to SEM observation, the disk-shaped tungsten oxide particles were not substantially contained.

試験例1(実施例1〜3のガスセンサの性能比較)
実施例1〜3で作製したガスセンサの性能を比較した。
Test Example 1 (Performance comparison of gas sensors of Examples 1 to 3)
The performance of the gas sensor produced in Examples 1-3 was compared.

具体的には、1.5ppmのキシレンの検出感度(S=Ra/Rg)と温度(℃)との関係を示すグラフ(図3)により性能を比較した。   Specifically, the performance was compared using a graph (FIG. 3) showing the relationship between the detection sensitivity (S = Ra / Rg) of 1.5 ppm of xylene and the temperature (° C.).

図3からは、2−50電極を備えた実施例1のガスセンサが最も良好な感度を有し、線間隔が広がるにつれて感度が低下することが分かる。また、温度との関係では、高温ほど感度が高くなることが分かる。   FIG. 3 shows that the gas sensor of Example 1 having 2-50 electrodes has the best sensitivity, and the sensitivity decreases as the line spacing increases. It can also be seen that the sensitivity increases as the temperature increases.

試験例2(実施例1のガスセンサの性能評価)
実施例1のガスセンサの性能を調べた。具体的には、500℃における芳香族系VOC(キシレン、トルエン、エチルベンゼン、スチレン)の濃度と感度との関係を調べた。結果を図4と表2に示す。
Test Example 2 (Performance evaluation of gas sensor of Example 1)
The performance of the gas sensor of Example 1 was examined. Specifically, the relationship between the concentration of aromatic VOC (xylene, toluene, ethylbenzene, styrene) at 500 ° C. and sensitivity was examined. The results are shown in FIG.

図4からは、高濃度(1ppm)での感度序列はスチレン>エチルベンゼン>キシレン>>トルエンであり、低濃度(0.01ppm)での感度序列はキシレン>スチレン〜エチルベンゼン〜トルエンであることが分かる。全体としてトルエンの感度が最も低いが、グラフの傾きは小さく、低濃度(0.01ppm)でもS=3.5の感度を示している。キシレンはとりわけ低濃度での感度が高く、0.01ppmでS=6の感度を示している。スチレンはとりわけ高濃度での感度が高く、1ppmでS=110の高感度を示している。   FIG. 4 shows that the sensitivity order at high concentration (1 ppm) is styrene> ethylbenzene> xylene >> toluene, and the sensitivity order at low concentration (0.01 ppm) is xylene> styrene-ethylbenzene-toluene. . The sensitivity of toluene as a whole is the lowest, but the slope of the graph is small, and a sensitivity of S = 3.5 is shown even at a low concentration (0.01 ppm). Xylene is particularly sensitive at low concentrations, exhibiting a sensitivity of S = 6 at 0.01 ppm. Styrene is particularly sensitive at high concentrations and exhibits a high sensitivity of S = 110 at 1 ppm.

濃度指針値での感度については、トルエンは他のVOCよりも感度が低いが、それでも感度6を示している。従来品のガスセンサは、トルエンの濃度指針値での感度が3程度であるため、従来品との比較では濃度指針値での感度は倍増している。   Regarding the sensitivity at the concentration guide value, toluene has a lower sensitivity than other VOCs, but still shows a sensitivity of 6. Since the sensitivity of the conventional gas sensor is about 3 at the toluene concentration guide value, the sensitivity at the concentration guide value is doubled compared to the conventional product.

トルエン以外の3種のVOCに対しては、いずれも10を超える高感度を示している。以上の結果より、本発明のガスセンサが濃度指針値レベルの低濃度VOCを十分に検知可能であることが分かる。   All of the three VOCs other than toluene exhibit high sensitivity exceeding 10. From the above results, it can be seen that the gas sensor of the present invention can sufficiently detect the low concentration VOC at the concentration guide value level.

Figure 0004931523
Figure 0004931523

試験例3(比較例1のガスセンサの性能評価)
比較例1のガスセンサの性能を調べた。具体的には、試験例2と同様に芳香族系VOCの濃度と感度との関係を調べた。結果を図5と表3に示す。
Test Example 3 (Performance Evaluation of Gas Sensor of Comparative Example 1)
The performance of the gas sensor of Comparative Example 1 was examined. Specifically, the relationship between the concentration of the aromatic VOC and the sensitivity was examined in the same manner as in Test Example 2. The results are shown in FIG.

図5からは、いずれのガスを対象とする場合でも、低濃度(0.01ppm)の感度はS=1付近と低いことが分かる。   From FIG. 5, it can be seen that the sensitivity of the low concentration (0.01 ppm) is as low as S = 1 regardless of which gas is the target.

濃度指針値の感度についても、トルエンの感度はS=1.7と低い。キシレンの感度もS=4.8と低く、同様にスチレンの感度もS=3と低い。かかるガスセンサの性能は、従来品の性能と比較して同等又はそれ未満である。   As for the sensitivity of the concentration guide value, the sensitivity of toluene is as low as S = 1.7. The sensitivity of xylene is as low as S = 4.8, and the sensitivity of styrene is as low as S = 3. The performance of such a gas sensor is equal to or less than that of a conventional product.

Figure 0004931523
Figure 0004931523

試験例2と試験例3の結果を比較すると、実施例1のガスセンサが高性能であることが明確に分かる。トルエンの感度は全体的に低い傾向にあるが、それでも感度の差は約4倍もある。トルエン以外では、感度の差はより大きく、エチルベンゼンでは6倍もある。   Comparing the results of Test Example 2 and Test Example 3, it can be clearly seen that the gas sensor of Example 1 has high performance. The sensitivity of toluene tends to be low overall, but the sensitivity difference is still about 4 times. Other than toluene, the sensitivity difference is larger, with ethylbenzene being as much as 6 times.

Claims (9)

絶縁基板上に一対の電極が形成されており、更に前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上に形成された酸化物半導体薄膜を有するガスセンサであって、
前記薄膜はディスク状の酸化タングステン粒子を含有し、
前記ディスク状の酸化タングステン粒子は、直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmである
ことを特徴とするガスセンサ。
A gas sensor having a pair of electrodes formed on an insulating substrate, and further comprising an oxide semiconductor thin film formed on the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes,
The thin film contains disk-shaped tungsten oxide particles ,
The gas sensor according to claim 1, wherein the disk-shaped tungsten oxide particles have a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm .
前記ガスセンサは、検知対象ガスが前記薄膜に接触した際に生じる前記薄膜の電気抵抗値の変化によって前記対象ガスの存在を検知する、請求項1に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor detects the presence of the target gas by a change in an electric resistance value of the thin film generated when the detection target gas comes into contact with the thin film. 前記一対の電極は、一対の櫛形電極であり、一方の櫛形電極の櫛歯と他方の櫛形電極の櫛歯とが相互に挟み合うように対向配置されており、一方の櫛形電極の櫛歯と、隣接する他方の櫛形電極の櫛歯との間隔が0.5〜5μmである、請求項1又は2に記載のガスセンサ。 The pair of electrodes are a pair of comb-shaped electrodes, and are disposed to face each other so that the comb teeth of one comb-shaped electrode and the comb teeth of the other comb-shaped electrode are sandwiched between each other. The gas sensor according to claim 1 or 2 , wherein the distance between the adjacent adjacent comb-shaped electrodes and the comb teeth is 0.5 to 5 µm. 前記薄膜は、HWOの脱水により形成される、請求項1〜のいずれかに記載のガスセンサ。 Wherein the thin film is formed by dehydration of H 2 WO 4, gas sensor according to any one of claims 1-3. 芳香族系揮発性有機化合物を検知するための、請求項1〜のいずれかに記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 4 , which detects an aromatic volatile organic compound. 絶縁基板上に一対の電極が形成されており、更に前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上に形成された酸化物半導体薄膜を有するガスセンサの製造方法であって、
(1)前記絶縁基板上に一対の電極を形成する工程1、
(2)前記一対の電極を被覆するように前記絶縁基板上にHWO含有液を供給する工程2、及び
(3)供給したHWOを脱水させることにより、ディスク状の酸化タングステン粒子を含有する前記薄膜を形成する工程3、を有することを特徴とする製造方法。
A method of manufacturing a gas sensor, wherein a pair of electrodes is formed on an insulating substrate, and further includes an oxide semiconductor thin film formed on the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes,
(1) Step 1 of forming a pair of electrodes on the insulating substrate,
(2) Step 2 of supplying a liquid containing H 2 WO 4 onto the insulating substrate so as to cover the pair of electrodes, and (3) dehydrating the supplied H 2 WO 4 to dehydrate the disk-shaped tungsten oxide The manufacturing method characterized by having the process 3 of forming the said thin film containing particle | grains.
前記ディスク状の酸化タングステン粒子は、直径が100〜300nmであり厚さが20〜70nmである、請求項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 6 , wherein the disk-shaped tungsten oxide particles have a diameter of 100 to 300 nm and a thickness of 20 to 70 nm. 前記HWO含有液はHWO懸濁液であり、且つ、前記工程3において、供給したHWO懸濁液を乾燥・焼成する、請求項又はに記載の製造方法。 The method according to claim 6 or 7 , wherein the H 2 WO 4 -containing liquid is an H 2 WO 4 suspension, and the supplied H 2 WO 4 suspension is dried and fired in the step 3. . 前記HWO懸濁液は、(NH101241・5HOの水溶液を酸により中和して得られる沈殿物を水及び/又は有機分散媒に分散させることにより得られる、請求項に記載の製造方法。 The H 2 WO 4 suspension, obtained by dispersing the (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H precipitate obtained was neutralized with 2 O aqueous solution of acid in water and / or organic dispersion medium The manufacturing method of Claim 8 manufactured.
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