JP5052607B2 - Hydrogen sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

Hydrogen sensor and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5052607B2
JP5052607B2 JP2009517906A JP2009517906A JP5052607B2 JP 5052607 B2 JP5052607 B2 JP 5052607B2 JP 2009517906 A JP2009517906 A JP 2009517906A JP 2009517906 A JP2009517906 A JP 2009517906A JP 5052607 B2 JP5052607 B2 JP 5052607B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
film
protective film
rare earth
permeable metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009517906A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2008149972A1 (en
Inventor
克彦 福井
幹雄 前田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mikuni Corp
Original Assignee
Mikuni Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mikuni Corp filed Critical Mikuni Corp
Priority to JP2009517906A priority Critical patent/JP5052607B2/en
Publication of JPWO2008149972A1 publication Critical patent/JPWO2008149972A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5052607B2 publication Critical patent/JP5052607B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036Specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/005Specially adapted to detect a particular component for H2

Description

本発明は、低濃度から高濃度までの水素ガスを検知する水素センサーに関する。比較的低濃度の水素ガスとしては、自動車用燃料電池、家庭用燃料電池等の各種装置から漏れる水素ガスが例示される。比較的高濃度の水素ガスとしては、水素ガスを扱う装置内の水素ガスが例示される。本水素センサーは、これらの各種濃度の水素ガスを検出する用途に利用できる。上記用途以外にも、本水素センサーはハンディタイプの水素ガス警報機や定置タイプの水素ガス警報機、もしくは水素ガス濃度計等に用いる水素センサーにも転用可能である。   The present invention relates to a hydrogen sensor that detects hydrogen gas from a low concentration to a high concentration. Examples of the relatively low concentration of hydrogen gas include hydrogen gas leaking from various devices such as an automobile fuel cell and a household fuel cell. An example of the relatively high concentration of hydrogen gas is hydrogen gas in an apparatus that handles hydrogen gas. The present hydrogen sensor can be used for detecting these various concentrations of hydrogen gas. In addition to the above applications, the present hydrogen sensor can be used as a handy type hydrogen gas alarm, a stationary type hydrogen gas alarm, or a hydrogen sensor used in a hydrogen gas concentration meter.

水素は、あらゆる産業分野において需要が急増するものと予測されている。このような背景が存在することから、水素ガスの漏れ検知、或いは水素ガスの濃度測定に用いる水素センサーの開発が進められている。   Hydrogen is expected to increase in demand in all industrial fields. Because of such a background, development of a hydrogen sensor used for hydrogen gas leak detection or hydrogen gas concentration measurement is underway.

特許文献1に記載されているセンサーは、希土類金属膜と水素とが反応し、この際に変化する電気抵抗を測定することにより、水素ガスを検出する水素センサーである。この水素センサーに用いる希土類金属膜は、繰り返し水素ガスと反応して劣化し、その結果水素センサーの出力は徐々に変動していく。   The sensor described in Patent Document 1 is a hydrogen sensor that detects hydrogen gas by measuring an electric resistance that changes when a rare earth metal film reacts with hydrogen. The rare earth metal film used in the hydrogen sensor repeatedly deteriorates by reacting with hydrogen gas, and as a result, the output of the hydrogen sensor gradually changes.

出力を安定にする為には、水素検知膜の厚さを従来の30nmから50〜100nm、好ましくは100nm以上に増加させる必要がある。希土類金属膜の厚さを100nm以上にする場合、膜厚の増加と共に耐久性は向上するが、一方で、感度、応答性などの初期特性が低下する傾向を示す。センサーの劣化は、水素と反応して抵抗値が変化する際に、希土類金属の体積が増加することに基因する。   In order to stabilize the output, it is necessary to increase the thickness of the hydrogen detection film from the conventional 30 nm to 50 to 100 nm, preferably 100 nm or more. When the thickness of the rare earth metal film is 100 nm or more, the durability improves as the film thickness increases, but on the other hand, initial characteristics such as sensitivity and responsiveness tend to decrease. The deterioration of the sensor is based on the fact that the volume of the rare earth metal increases when the resistance value changes by reacting with hydrogen.

上記理由で、耐久性と、感度及び応答性とはトレードオフの関係にある。従って、希土類金属膜厚の調節のみで、耐久性と感度及び応答性との両者を向上させることは難しい。   For the above reasons, durability, sensitivity and responsiveness are in a trade-off relationship. Therefore, it is difficult to improve both durability, sensitivity, and responsiveness only by adjusting the rare earth metal film thickness.

特許文献2の段落0061には、センサー材料として、希土類金属、その合金、希土類金属にドープした合金が記載されている。しかし、このドーパント成分(銅等)は原子レベルで希土類金属に分散されたもので、ドーパント成分が微細な粒子状に分散されたセンサー材料は開示されていない。
特開2005−274559号公報(特許請求の範囲) 特表2002−535651号公報(段落 0061)
Paragraph 0061 of Patent Document 2 describes rare earth metals, alloys thereof, and alloys doped with rare earth metals as sensor materials. However, this dopant component (such as copper) is dispersed in rare earth metals at the atomic level, and no sensor material is disclosed in which the dopant component is dispersed in fine particles.
JP 2005-274559 A (Claims) Japanese translation of PCT publication No. 2002-535651 (paragraph 0061)

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは非水素成分による有害な影響や水素による劣化を抑制でき、更に、高濃度の水素ガスを繰り返し検出しても検出出力が長期間安定に維持される水素センサー及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances. The object of the present invention is to suppress harmful effects caused by non-hydrogen components and deterioration due to hydrogen. Further, even if high concentration hydrogen gas is repeatedly detected, the detection output is long. An object of the present invention is to provide a hydrogen sensor that is stably maintained for a period of time and a method for manufacturing the same.

本発明は以下に記載するものである。   The present invention is described below.

〔1〕 基板と;該基板上に形成された複合検知膜であって、この複合検知膜は希土類金属層と前記希土類金属層に微細分散させた水素透過性金属粒子とからなる複合検知膜と;該複合検知膜上に形成された保護膜であって、この保護膜はセラミックス材料と前記セラミックス材料に分散してなる水素透過性金属粒子とからなる保護膜と;を有することを特徴とする水素センサー。   [1] A substrate; a composite detection film formed on the substrate, the composite detection film comprising a rare earth metal layer and hydrogen-permeable metal particles finely dispersed in the rare earth metal layer; A protective film formed on the composite sensing film, the protective film comprising a ceramic material and a protective film made of hydrogen permeable metal particles dispersed in the ceramic material; Hydrogen sensor.

〔2〕 複合検知膜の厚さが5〜1000nmであり、保護膜の厚さが5〜100nmである〔1〕に記載の水素センサー。   [2] The hydrogen sensor according to [1], wherein the composite detection film has a thickness of 5 to 1000 nm and the protective film has a thickness of 5 to 100 nm.

〔3〕 希土類金属がイットリウム(Y)、セリウム(Ce)及びランタン(La)よりなる群から選ばれる少なくとも1種で構成される〔1〕に記載の水素センサー。   [3] The hydrogen sensor according to [1], wherein the rare earth metal is composed of at least one selected from the group consisting of yttrium (Y), cerium (Ce), and lanthanum (La).

〔4〕 希土類金属中の水素透過性金属の含有割合が1〜25質量%である〔1〕に記載の水素センサー。   [4] The hydrogen sensor according to [1], wherein the content of the hydrogen permeable metal in the rare earth metal is 1 to 25% by mass.

〔5〕 水素透過性金属が、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)及びタンタル(Ta)よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる〔1〕に記載の水素センサー。   [5] The hydrogen permeable metal is at least one selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), niobium (Nb), vanadium (V), and tantalum (Ta). Hydrogen sensor.

〔6〕 セラミックス材料がIVa,Va,VIa族の窒化物又は酸化物である〔1〕に記載の水素センサー。   [6] The hydrogen sensor according to [1], wherein the ceramic material is a nitride or oxide of group IVa, Va, VIa.

〔7〕 セラミックス材料が、AlNX1、AlOX2、SiNX3及びSiOX4(但し、0.5≦X≦1.0、0.8≦X≦1.5、0.7≦X≦1.3、1≦X≦2)よりなる群から選ばれる少なくとも1種で構成される〔1〕に記載の水素センサー。[7] The ceramic material is AlN X1 , AlO X2 , SiN X3 and SiO X4 (where 0.5 ≦ X 1 ≦ 1.0, 0.8 ≦ X 2 ≦ 1.5, 0.7 ≦ X 3 ≦ 1.3 The hydrogen sensor according to [1], which is composed of at least one selected from the group consisting of 1 ≦ X 4 ≦ 2).

〔8〕 水素透過性金属と希土類金属とを同時に気相成長させ又はスパッタリングすることにより、基板の表面上に希土類金属中に水素透過性金属粒子を微細分散させた複合検知膜を形成させ、次いで複合検知膜の上に水素透過性金属とセラミックス材料とを同時に気相成長させ又はスパッタリングすることによりセラミックス材料中に水素透過性金属粒子を分散してなる保護膜を成膜する〔1〕に記載の水素センサーの製造方法。   [8] A composite sensing film in which hydrogen permeable metal particles are finely dispersed in a rare earth metal is formed on the surface of a substrate by simultaneously vapor-phase-growing or sputtering a hydrogen permeable metal and a rare earth metal, A protective film formed by dispersing hydrogen permeable metal particles in a ceramic material by simultaneously vapor-phase-growing or sputtering a hydrogen permeable metal and a ceramic material on the composite sensing film [1] Method of manufacturing hydrogen sensor.

前述のように、水素ガスを長期間繰り返し検出する際のセンサー出力の安定性を高める為に、従来は水素検知膜を100nm以上に厚くした。この場合はセンサーの応答時間は長くなる。本発明の水素センサーは、検知膜に水素透過性金属粒子を配合する複合検知膜を採用している為、水素検知膜の厚さを100nm以上にしても応答時間が短く、かつ感度が高い。   As described above, in order to improve the stability of the sensor output when hydrogen gas is repeatedly detected for a long period of time, the conventional hydrogen detection film is made thicker than 100 nm. In this case, the response time of the sensor becomes long. Since the hydrogen sensor of the present invention employs a composite detection film in which hydrogen-permeable metal particles are blended in the detection film, the response time is short and the sensitivity is high even if the thickness of the hydrogen detection film is 100 nm or more.

本複合検知膜は、希土類金属に水素透過性金属粒子が分散されている構造を持つ為、保護膜と複合検知膜との界面付近に水素透過性金属のゆるやかな濃度勾配を形成している。その結果、保護膜から複合検知膜に水素透過性金属の拡散が起きにくくなる。従って、拡散に起因する複合検知膜の性能の劣化が少なくなり、その結果センサーの水素検出出力の低下が起きにくくなる。   Since this composite sensing film has a structure in which hydrogen permeable metal particles are dispersed in a rare earth metal, a gentle concentration gradient of the hydrogen permeable metal is formed in the vicinity of the interface between the protective film and the composite sensing film. As a result, the diffusion of the hydrogen permeable metal from the protective film to the composite detection film becomes difficult. Therefore, the degradation of the performance of the composite sensing film due to diffusion is reduced, and as a result, the hydrogen detection output of the sensor is less likely to decrease.

本発明の水素センサーの複合検知膜は、水素透過性金属粒子をその内部に分散させているので、センサーの応答時間が短い。このため、膜厚を大きくして高濃度水素に対する耐性及び繰返し安定性を高めることが出来る。   Since the composite sensing film of the hydrogen sensor of the present invention has hydrogen permeable metal particles dispersed therein, the sensor response time is short. For this reason, the film thickness can be increased to increase the resistance to high concentration hydrogen and the repetitive stability.

本発明の水素センサーの保護膜は水素透過性金属粒子をセラミックス材料中に略均一に分散させている。水素透過性金属粒子が水素を吸収、放出する際の水素透過性金属粒子の体積の増減は、剛性の高いセラミックス材料が受取り、生じる機械的ストレスをセラミックス材料が引受ける。その結果、水素透過性金属粒子は水素化に基因する劣化が少なくなり、保護膜の耐久性が向上する。   The protective film of the hydrogen sensor of the present invention has hydrogen permeable metal particles dispersed substantially uniformly in the ceramic material. When the hydrogen permeable metal particles absorb and release hydrogen, the volume of the hydrogen permeable metal particles increases or decreases, and the ceramic material with high rigidity receives the mechanical stress, and the ceramic material takes on the generated mechanical stress. As a result, the hydrogen permeable metal particles are less deteriorated due to hydrogenation, and the durability of the protective film is improved.

本発明の水素センサーに用いる保護膜は、水素ガスの透過性に優れている。しかし、水素以外のガス(例えば窒素、酸素等のガス)はこの保護膜を透過できない。混合ガス中の水素ガスは選択的に保護膜を透過して複合検知膜に到達する。このため、本センサーは水素ガスに対する選択性が高い。   The protective film used in the hydrogen sensor of the present invention is excellent in hydrogen gas permeability. However, gases other than hydrogen (for example, gases such as nitrogen and oxygen) cannot pass through this protective film. Hydrogen gas in the mixed gas selectively permeates the protective film and reaches the composite detection film. For this reason, this sensor has high selectivity for hydrogen gas.

本発明の水素センサーは、保護膜が窒素、酸素、炭化水素等の非水素ガスの透過を阻止する。その結果、非水素ガスによる複合検知膜のセンサーとしての性能の低下を防止する。   In the hydrogen sensor of the present invention, the protective film prevents permeation of non-hydrogen gases such as nitrogen, oxygen, and hydrocarbons. As a result, deterioration in performance as a sensor of the composite detection film due to non-hydrogen gas is prevented.

本発明の水素センサーは、保護膜中の水素透過性金属と複合検知膜を構成する希土類金属との接触面積が小さいので、水素透過性金属の希土類金属への拡散を低減できる。このため、この拡散に起因する複合検知膜の水素検知性能の経時的低下を防止できる。   The hydrogen sensor according to the present invention has a small contact area between the hydrogen permeable metal in the protective film and the rare earth metal constituting the composite sensing film, so that the diffusion of the hydrogen permeable metal to the rare earth metal can be reduced. For this reason, the time-dependent fall of the hydrogen detection performance of the composite detection film resulting from this diffusion can be prevented.

本発明の水素センサーは、水素ガスの吸放出に起因する保護膜の劣化を抑制できるので、保護膜の膜厚を極めて薄くできる。その結果、保護膜中を水素ガスが透過し易くなり、Pd単体で構成される従来の厚い保護膜と同等の水素透過能を確保できる。また、保護膜の膜厚が薄いので、保護膜製造に使用する高価な水素透過性金属の使用量が少なくなり、安価に水素センサーを製造できる。   Since the hydrogen sensor of the present invention can suppress the deterioration of the protective film due to the absorption and release of hydrogen gas, the protective film can be made extremely thin. As a result, hydrogen gas can easily pass through the protective film, and the hydrogen permeability equivalent to that of the conventional thick protective film made of Pd alone can be secured. In addition, since the protective film is thin, the amount of expensive hydrogen permeable metal used for manufacturing the protective film is reduced, and a hydrogen sensor can be manufactured at low cost.

本発明で使用する複合検知膜は希土類金属と水素透過性金属とを同時にスパッタリングする等の成膜工程を用いて容易に作製できる。   The composite sensing film used in the present invention can be easily produced by using a film forming process such as simultaneous sputtering of a rare earth metal and a hydrogen permeable metal.

図1は、本発明の水素センサーの一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the hydrogen sensor of the present invention. 図2は、本発明の水素センサーの複合検知膜中のPd濃度を示すEDX分析のチャートである。FIG. 2 is an EDX analysis chart showing the Pd concentration in the composite sensing film of the hydrogen sensor of the present invention. 図3は、本発明の水素センサーの複合検知膜のX線回折測定結果を示すチャートである。FIG. 3 is a chart showing X-ray diffraction measurement results of the composite detection film of the hydrogen sensor of the present invention. 図4は、Y−Pd系の状態図である。FIG. 4 is a state diagram of the Y-Pd system. 図5は、高濃度水素に対する本発明の水素センサー出力の繰り返し安定性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the repetitive stability of the hydrogen sensor output of the present invention against high concentration hydrogen.

符号の説明Explanation of symbols

100 水素センサー
2 基板
4 複合検知膜
6 希土類金属層
8、13 水素透過性金属粒子
10 保護膜
15 セラミックス材料
t4 複合検知膜の厚さ
t10 保護膜の厚さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Hydrogen sensor 2 Board | substrate 4 Composite detection film | membrane 6 Rare earth metal layer 8, 13 Hydrogen permeable metal particle 10 Protective film 15 Ceramic material t4 Thickness of composite detection film t10 Thickness of protective film

以下、本発明につき、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の水素センサーの一例を示す概念図である。図1中、100は水素センサーで、2は基板である。基板2の上面には、複合検知膜4が形成してある。この複合検知膜4は、マトリックスとなる希土類金属層6と、前記希土類金属層6に分散させた微細な水素透過性金属粒子8とからなる。この複合検知膜中の水素透過性金属濃度は、固溶体を形成する濃度範囲よりも小さい水素透過性金属濃度である。従って、この複合検知膜4は、希土類金属層6中に、微細な水素透過性金属粒子8が分散されている構造であることは間違いない。前記複合検知膜4の上面には、保護膜10が形成してある。前記保護膜10は、マトリックスであるセラミックス材料15と、前記セラミックス材料15中に略均一に分散させた多数の水素透過性金属粒子13とからなる。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of the hydrogen sensor of the present invention. In FIG. 1, 100 is a hydrogen sensor, and 2 is a substrate. A composite detection film 4 is formed on the upper surface of the substrate 2. The composite sensing film 4 includes a rare earth metal layer 6 serving as a matrix and fine hydrogen permeable metal particles 8 dispersed in the rare earth metal layer 6. The hydrogen-permeable metal concentration in the composite sensing film is a hydrogen-permeable metal concentration that is smaller than the concentration range in which a solid solution is formed. Therefore, there is no doubt that the composite sensing film 4 has a structure in which fine hydrogen permeable metal particles 8 are dispersed in the rare earth metal layer 6. A protective film 10 is formed on the upper surface of the composite detection film 4. The protective film 10 is composed of a ceramic material 15 as a matrix and a large number of hydrogen permeable metal particles 13 dispersed substantially uniformly in the ceramic material 15.

(複合検知膜)
上記複合検知膜4は、水素検知機能を有する希土類金属を主成分とする。希土類金属としては、イットリウム、セリウム及びランタンより成る群から選ばれる少なくとも1種の金属であることが、水素検知能力に優れるので好ましい。複合検知膜は、例えば、真空雰囲気下で、基板上に希土類金属及び水素透過性金属を気相成長法により成膜することにより製造出来る。又は、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、これら金属の同時スパッタリング法で基板2の表面に成膜することにより、複合検知膜を製造できる。
(Composite detection film)
The composite detection film 4 is mainly composed of a rare earth metal having a hydrogen detection function. The rare earth metal is preferably at least one metal selected from the group consisting of yttrium, cerium, and lanthanum because of its excellent hydrogen detection capability. The composite detection film can be manufactured, for example, by forming a rare earth metal and a hydrogen permeable metal on a substrate by a vapor deposition method in a vacuum atmosphere. Alternatively, a composite detection film can be manufactured by forming a film on the surface of the substrate 2 by the simultaneous sputtering method of these metals in an inert gas atmosphere such as argon.

複合検知膜の厚さは、5〜1000nmが好ましい。この厚さが5nm未満の場合、複合検知膜の強度が不足することがある。一方、厚さが1000nmを超えると、製造コストが高くなる。   The thickness of the composite detection film is preferably 5 to 1000 nm. When this thickness is less than 5 nm, the strength of the composite detection film may be insufficient. On the other hand, when the thickness exceeds 1000 nm, the manufacturing cost increases.

複合検知膜の厚さは目的に応じて決めることが好ましい。測定する水素ガス濃度が、例えば1容量%未満、特に5000ppm未満の比較的低濃度である場合は、好ましい厚さは100nm未満であり、50nm以下がより好ましく、10〜40nmが特に好ましい。図1中の、t4は複合検知膜4の厚さを示す。このような低濃度の水素ガスを検出する用途としては、例えば水素ガス漏れ検知器を挙げることができる。   The thickness of the composite detection film is preferably determined according to the purpose. When the hydrogen gas concentration to be measured is a relatively low concentration, for example, less than 1% by volume, particularly less than 5000 ppm, the preferred thickness is less than 100 nm, more preferably 50 nm or less, and particularly preferably 10-40 nm. In FIG. 1, t4 indicates the thickness of the composite detection film 4. As an application for detecting such a low concentration hydrogen gas, for example, a hydrogen gas leak detector can be cited.

測定する水素ガスが、例えば1容量%以上、特に5容積%以上の比較的高濃度の場合は、好ましい複合検知膜の厚さは100nm以上、より好ましくは300nm以上である。高濃度の水素ガスを検出する用途としては、例えば装置内の水素ガス濃度の制御用の水素センサーを挙げることができる。   When the hydrogen gas to be measured has a relatively high concentration of, for example, 1% by volume or more, particularly 5% by volume or more, the preferable thickness of the composite detection film is 100 nm or more, more preferably 300 nm or more. As an application for detecting high-concentration hydrogen gas, for example, a hydrogen sensor for controlling the hydrogen gas concentration in the apparatus can be mentioned.

希土類金属中の水素透過性金属の含有割合は1〜25質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。この含有割合の範囲内において、希土類金属中に水素透過性金属は粒子状に分散している。   The content of the hydrogen permeable metal in the rare earth metal is preferably 1 to 25% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass. Within this range, the hydrogen permeable metal is dispersed in the form of particles in the rare earth metal.

(保護膜)
図1に示す保護膜10は、水素透過性金属粒子13がセラミックス材料15中に分散した薄膜である。保護膜中の水素透過性金属粒子の含有割合は30〜70質量%が好ましく、35〜65質量%がより好ましく、40〜60質量%が特に好ましい。この含有割合が30質量%未満であると、保護膜を透過する水素ガス量が不足し、水素ガスを複合検知膜に供給する性能が不十分になる。一方、この含有割合が70質量%を超えると、保護膜の水素化に伴う保護膜の劣化が顕著となる。更に、複合検知膜に対する水素透過性金属の拡散移行が顕著となり、その結果複合検知膜の水素検知性能の低下が著しくなる。
(Protective film)
A protective film 10 shown in FIG. 1 is a thin film in which hydrogen permeable metal particles 13 are dispersed in a ceramic material 15. The content ratio of the hydrogen permeable metal particles in the protective film is preferably 30 to 70% by mass, more preferably 35 to 65% by mass, and particularly preferably 40 to 60% by mass. When the content ratio is less than 30% by mass, the amount of hydrogen gas that permeates the protective film is insufficient, and the performance of supplying hydrogen gas to the composite detection film becomes insufficient. On the other hand, when the content ratio exceeds 70% by mass, the deterioration of the protective film accompanying hydrogenation of the protective film becomes significant. Furthermore, the diffusion transfer of the hydrogen permeable metal to the composite detection film becomes remarkable, and as a result, the hydrogen detection performance of the composite detection film is significantly lowered.

水素透過性金属粒子の含有割合が70質量%を超える保護膜は、その膜厚を薄くすると、保護膜の機械的強度が不十分になる。このため、耐久性の高い5〜40nmの膜厚の保護膜を製造することが困難になる。   If the protective film in which the content ratio of the hydrogen permeable metal particles exceeds 70% by mass is thinned, the mechanical strength of the protective film becomes insufficient. For this reason, it becomes difficult to produce a highly durable protective film having a thickness of 5 to 40 nm.

水素透過性金属粒子13の粒子径は1〜10nmで、2〜6nmが好ましい。かつ、粒子径は保護膜10の厚さt10よりも小さい。   The particle diameter of the hydrogen permeable metal particles 13 is 1 to 10 nm, preferably 2 to 6 nm. Moreover, the particle diameter is smaller than the thickness t10 of the protective film 10.

保護膜を構成する水素透過性金属粒子としては、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)及びタンタル(Ta)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属からなる粒子が好ましい。保護膜に含有される水素透過性金属粒子と複合検知膜に含有される水素透過性金属粒子とは同一元素であることが好ましい。水素透過性金属粒子は上記金属の合金であっても良い。これらのうちPd、及びPdの合金が特に好ましい。   The hydrogen permeable metal particles constituting the protective film are made of at least one metal selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), niobium (Nb), vanadium (V) and tantalum (Ta). Particles are preferred. The hydrogen permeable metal particles contained in the protective film and the hydrogen permeable metal particles contained in the composite detection film are preferably the same element. The hydrogen permeable metal particles may be an alloy of the above metals. Of these, Pd and Pd alloys are particularly preferred.

水素透過性金属粒子13は、単体金属元素の粒子としてセラミックス材料中に分散させても良く、前記合金の粒子として分散させても良い。水素透過性金属の合金は、従来から水素透過膜に用いられている合金が使用できる。例えば、合金元素としては、カルシウム、鉄、銅、バナジウム、ニッケル、チタン、クロム、ジルコニウム等を挙げることができる。   The hydrogen permeable metal particles 13 may be dispersed in the ceramic material as particles of a single metal element, or may be dispersed as particles of the alloy. As an alloy of a hydrogen permeable metal, an alloy conventionally used for a hydrogen permeable membrane can be used. For example, examples of alloy elements include calcium, iron, copper, vanadium, nickel, titanium, chromium, and zirconium.

保護膜は、前記複合検知膜の表面にセラミックス材料と水素透過性金属とを同時に気相成長させる方法、或いは同時にスパッタリングする方法を用いて、成膜することができる。   The protective film can be formed on the surface of the composite detection film using a method in which a ceramic material and a hydrogen permeable metal are simultaneously vapor-grown or a method in which sputtering is performed simultaneously.

セラミックス材料がAlNxである保護膜を成膜する場合は、成膜材料にAl金属と水素透過性金属とを用い、窒素ガスの雰囲気下で成膜する。セラミックス材料がAlOxである保護膜を成膜する場合は、成膜材料にAl金属と水素透過性金属とを用い、酸素ガスの雰囲気下で成膜する。セラミックス材料がSiNx、やSiOxである保護膜を成膜する場合は、成膜材料としてAl金属に替えて珪素を用いる以外は上記AlNx、AlOxの場合と同様にして成膜する。If the ceramic material is a protective film which is AlNx 1 uses the Al metal and the hydrogen permeable metal film-forming material, forming a film under an atmosphere of nitrogen gas. If the ceramic material is a protective film which is AlOx 2 uses the Al metal and the hydrogen permeable metal film-forming material, forming a film in an atmosphere of oxygen gas. When forming a protective film in which the ceramic material is SiNx 3 or SiOx 4 , the film is formed in the same manner as in the case of AlNx 1 and AlOx 2 except that silicon is used instead of Al metal as the film forming material.

保護膜の成膜に際しては、例えば、アルミニウムターゲットの上に、アルミニウムターゲットよりも小面積のPdチップを載置した複合ターゲットを用いる。先ず、前記複合ターゲットの上方に、検知膜と複合ターゲットとを互いに対向させて、検知膜を形成した基板を取付ける。この状態で、複合ターゲットをスパッタすることにより、基板表面に形成した検知膜を覆って保護膜を成膜出来る。スパッタはアルゴンと窒素の混合ガス雰囲気で行う。この方法により、Pd(水素透過性金属)とAlNX1(セラミックス材料)との混合物(分散物)からなる保護膜を、上記複合検知膜の上面に成膜することができる。In forming the protective film, for example, a composite target in which a Pd chip having a smaller area than the aluminum target is placed on the aluminum target is used. First, the substrate on which the detection film is formed is attached above the composite target with the detection film and the composite target facing each other. By sputtering the composite target in this state, a protective film can be formed to cover the detection film formed on the substrate surface. Sputtering is performed in a mixed gas atmosphere of argon and nitrogen. By this method, a protective film made of a mixture (dispersion) of Pd (hydrogen permeable metal) and AlN X1 (ceramic material) can be formed on the upper surface of the composite detection film.

上記保護膜の厚さは5〜100nmが好ましく、10〜60nmがより好ましく、15〜30nmが特に好ましい。保護膜の厚さが5nm未満の場合は、複合検知膜に対して有害な、窒素、酸素、アンモニア、炭化水素等の非水素成分が検知膜に到達することを十分に阻止できないことがある。一方、厚さが100nmを超える場合は、水素透過能が不足する。その結果、水素ガス濃度の測定精度が不足することがある。或いは、応答時間が長くなることがある。更に、製造コストの低減効果が少なくなる。   The thickness of the protective film is preferably 5 to 100 nm, more preferably 10 to 60 nm, and particularly preferably 15 to 30 nm. When the thickness of the protective film is less than 5 nm, it may not be possible to sufficiently prevent non-hydrogen components such as nitrogen, oxygen, ammonia, and hydrocarbons that are harmful to the composite detection film from reaching the detection film. On the other hand, when the thickness exceeds 100 nm, hydrogen permeability is insufficient. As a result, the measurement accuracy of the hydrogen gas concentration may be insufficient. Alternatively, the response time may be long. Furthermore, the effect of reducing the manufacturing cost is reduced.

尚、Pdは水素ガスと他のガスとの分離能が高いので、水素透過性金属としてPdを用いる場合は、保護膜の厚さを特に薄くできる。   Since Pd has a high separation ability between hydrogen gas and other gases, the thickness of the protective film can be particularly reduced when Pd is used as the hydrogen permeable metal.

保護膜は、1層で構成しても良く、2層以上で構成しても良い。保護膜を2層以上で構成する場合、各層の厚さは4〜40nmが好ましく、5〜20nmがより好ましい。尚、保護膜が2層以上の場合、その組成が同一であっても良く、異なるものであっても良い。   The protective film may be composed of one layer or may be composed of two or more layers. When the protective film is composed of two or more layers, the thickness of each layer is preferably 4 to 40 nm, and more preferably 5 to 20 nm. When the protective film has two or more layers, the composition may be the same or different.

保護膜を2層で構成する場合、検知膜に近い1層目がPd+AlNx、検知膜から遠い2層目がPd+AlOxの構成の保護膜が例示できる。外界に接する方にPd+AlOx膜を設けることにより、耐水蒸気性の向上を図ることが出来る。更に、Pd+AlOx膜を成膜する場合は、酸素雰囲気中で成膜する必要がある。しかし、水素検知膜上に直接Pd+AlOxを成膜すると、検知膜が酸化され、劣化する。従って、上記2層構成の保護膜を成膜する場合は、上記順序に2層の保護膜を形成することが好ましい。When the protective film is composed of two layers, a protective film in which the first layer close to the detection film is Pd + AlNx 1 and the second layer far from the detection film is Pd + AlOx 2 can be exemplified. By providing the Pd + AlOx 2 film in contact with the outside world, it is possible to improve the water vapor resistance. Furthermore, when forming a Pd + AlOx 2 film, it is necessary to form the film in an oxygen atmosphere. However, when Pd + AlOx 2 is formed directly on the hydrogen detection film, the detection film is oxidized and deteriorated. Therefore, when the protective film having the two-layer structure is formed, it is preferable to form the two-layer protective film in the above order.

(セラミックス材料)
図1に示すように、水素透過性金属粒子を分散しているマトリックス層は、セラミックス材料15で構成される。セラミックス材料としては、アルミニウム(Al)又は珪素(Si)の窒化物、及び/又は酸化物、或いは希土類金属の珪化物が好ましい。これらのセラミックス材料のうち、AlNx、AlOx、SiNx、SiOx(但し、0.5≦x≦1、0.8≦x≦1.5、0.7≦x≦1.3、1≦x≦2)が好ましい。
(Ceramic materials)
As shown in FIG. 1, the matrix layer in which the hydrogen permeable metal particles are dispersed is composed of a ceramic material 15. As the ceramic material, aluminum (Al) or silicon (Si) nitride and / or oxide, or rare earth metal silicide is preferable. Among these ceramic materials, AlNx 1 , AlOx 2 , SiNx 3 , SiOx 4 (however, 0.5 ≦ x 11, 0.8 ≦ x 2 ≦ 1.5, 0.7 ≦ x 3 ≦ 1. 3, 1 ≦ x 4 ≦ 2) is preferred.

他のセラミックス材料としては、IVa、Va、VIa族金属元素の窒化物、又は酸化物が好ましい。セラミックス材料の具体例としては、TiN0.3−3.5、ZrN0.3−2.5、HfN0.3−2.5、VN0.3−2.5、NbN0.3−2.5、TaN0.8−2、CrN0.5−3、MoN0.5−3、WN0.5−3等の窒化物や、TiO0.5−3、ZrO1−3、HfO1−3、VO0.5−3、NbO0.5−3、TaO1−3、CrO0.5−5、MoO1−4、WO1−4等の酸化物が挙げられる。Other ceramic materials are preferably nitrides or oxides of group IVa, Va, or VIa metal elements. Specific examples of the ceramic material include TiN 0.3-3.5 , ZrN 0.3-2.5 , HfN 0.3-2.5 , VN 0.3-2.5 , NbN 0.3-2. .5 , nitrides such as TaN 0.8-2 , CrN 0.5-3 , MoN 0.5-3 , WN 0.5-3 , TiO 0.5-3 , ZrO 1-3 , HfO 1 -3 , VO 0.5-3 , NbO 0.5-3 , TaO 1-3 , CrO 0.5-5 , MoO 1-4 , and WO 1-4 .

これらの内でも、窒化物としては、TaN0.8−2、TiN0.3−2.5、ZrN0.3−2.5、HfN0.3−2.5、WN0.5−3等が好ましい。酸化物としては、HfO1−3、TiO0.5−3、TaO1−3、WO1−4等が好ましい。Among these, as nitrides, TaN 0.8-2 , TiN 0.3-2.5 , ZrN 0.3-2.5 , HfN 0.3-2.5 , WN 0.5-3 Etc. are preferred. As the oxide, HfO 1-3 , TiO 0.5-3 , TaO 1-3 , WO 1-4 and the like are preferable.

また、希土類金属の珪化物として、イットリウム(Y)、ランタン(La)等の珪化物を挙げることができる。   Examples of rare earth metal silicides include silicides such as yttrium (Y) and lanthanum (La).

これらのセラミックス材料のうち、AlNxは、硬度が高く、強度が大きいので、保護膜中の水素透過性金属粒子が水素化する際の、水素透過性金属の粉化を効果的に抑制でき、特に好ましい。Among these ceramic materials, since AlNx 1 has high hardness and high strength, it is possible to effectively suppress powdering of the hydrogen permeable metal when hydrogen permeable metal particles in the protective film are hydrogenated, Particularly preferred.

(水素センサーの製造方法)
本発明の水素センサーは、基板の少なくとも片面に気相成長法又はスパッタリング法により複合検知膜4を形成させ、次いで該複合検知膜4の上面に気相成長法又はスパッタリング法により保護膜10を成膜することで製造できる。
(Method for manufacturing hydrogen sensor)
In the hydrogen sensor of the present invention, the composite sensing film 4 is formed on at least one surface of the substrate by vapor deposition or sputtering, and then the protective film 10 is formed on the upper surface of the composite sensing film 4 by vapor deposition or sputtering. It can be manufactured by forming a film.

基板には、ガラス板、セラミックス板、サファイア、石英形結晶、シリコン、シリコンナイトライドセラミックス等を用いることができる。基板のセンサー形成面の反対面には、加熱ヒーターを設けることが好ましい。加熱ヒーターは、プラチナ、酸化ルテニウム、銀−パラジウム合金等の薄膜で基板表面に所定のパターンを形成してなる薄膜抵抗体が好ましい。   As the substrate, a glass plate, a ceramic plate, sapphire, quartz crystal, silicon, silicon nitride ceramics, or the like can be used. It is preferable to provide a heater on the surface opposite to the sensor forming surface of the substrate. The heater is preferably a thin film resistor in which a predetermined pattern is formed on the substrate surface with a thin film of platinum, ruthenium oxide, silver-palladium alloy or the like.

尚、図1においては説明の簡略化の為に、複合検知膜4の側面は外界に暴露されている状態が示されているが、実際には何らかの遮蔽層が形成され、外界と遮断されていることが好ましい。或は、該側面も保護層で被覆されていることが好ましい。   In FIG. 1, for simplicity of explanation, the side surface of the composite detection film 4 is shown exposed to the outside world. However, in practice, a certain shielding layer is formed and blocked from the outside world. Preferably it is. Alternatively, it is preferable that the side surface is also covered with a protective layer.

次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
2軸以上のカソードを持つスパッタリング装置を用いて図1に示す本水素センサーを作製した。希土類金属ターゲットにYを、水素透過性金属ターゲットにPdを使用した。装置内にアルゴンガスを導入し、圧力9.3×10−1Pa、基板温度を室温に保ち、2つのターゲットを同時スパッタリングして厚さ1μmの複合検知膜4を石英基板2の上に形成した。スパッタリング時間は、1430秒間であった。石英基板2の厚さは1.5mmであった。スパッタリング時のYのスパッタリング出力とPdのスパッタリング出力の比は15:2の出力比とした。この場合、Y中のPdの含有割合は15質量%であった。検知膜4の膜厚は、触針式表面形状粗さ測定器を用いて測定した。
Example 1
The hydrogen sensor shown in FIG. 1 was produced using a sputtering apparatus having a biaxial or more cathode. Y was used for the rare earth metal target and Pd was used for the hydrogen permeable metal target. Argon gas is introduced into the apparatus, the pressure is 9.3 × 10 −1 Pa, the substrate temperature is kept at room temperature, and two targets are simultaneously sputtered to form a composite detection film 4 having a thickness of 1 μm on the quartz substrate 2. did. The sputtering time was 1430 seconds. The thickness of the quartz substrate 2 was 1.5 mm. The ratio of the sputtering output of Y and the sputtering output of Pd during sputtering was set to 15: 2. In this case, the content ratio of Pd in Y was 15% by mass. The film thickness of the detection film 4 was measured using a stylus type surface shape roughness measuring instrument.

次に、パラジウムとタンタルとをターゲットとして使用した。装置内にアルゴンガスと窒素ガス(体積比40:60Pa)とを導入し、圧力9.3×10−1Pa、室温で、スパッタリングを1分間行った。その結果、複合検知膜の上面に厚さ20nmの保護膜が成膜された。成膜された保護膜は、TaNマトリックス内にPdが2〜6nmの粒子径で均一分散されたものであった。保護膜内のPd含有量は45質量%であった。Next, palladium and tantalum were used as targets. Argon gas and nitrogen gas (volume ratio 40:60 Pa) were introduced into the apparatus, and sputtering was performed for 1 minute at a pressure of 9.3 × 10 −1 Pa at room temperature. As a result, a protective film having a thickness of 20 nm was formed on the upper surface of the composite detection film. The formed protective film was a TaN matrix in which Pd was uniformly dispersed with a particle diameter of 2 to 6 nm. The Pd content in the protective film was 45% by mass.

図2は実施例1で作製した本発明の水素センサーを試料として、その複合検知膜中のPd濃度をEDXで分析して得られた分析結果を示す。   FIG. 2 shows an analysis result obtained by analyzing the Pd concentration in the composite detection film by EDX using the hydrogen sensor of the present invention produced in Example 1 as a sample.

図3は実施例1で作製した本発明の水素センサーを試料として、その複合検知膜をX線回折測定して得られたチャートである。Pdのピークは観察されず、主としてYの多結晶体であることがわかった。また水素化した複合検知膜についてX線回折測定を行った結果、YH(Yの2水素化物)のピークが観察された。FIG. 3 is a chart obtained by X-ray diffraction measurement of the composite detection film using the hydrogen sensor of the present invention produced in Example 1 as a sample. The peak of Pd was not observed, and it was found to be mainly Y polycrystal. As a result of X-ray diffraction measurement of the hydrogenated composite sensing film, a peak of YH 2 (Y dihydride) was observed.

図4はYとPdとの状態図を示す。EDX分析、X線解析測定、状態図から、Y中にPd粒子が微細に分散されている組織を形成していると考えることが出来る。この様な組織を得るには、状態図よりPd濃度が1〜25質量%に限られることがわかる。   FIG. 4 shows a state diagram of Y and Pd. From EDX analysis, X-ray analysis measurement, and phase diagram, it can be considered that a structure in which Pd particles are finely dispersed in Y is formed. In order to obtain such a structure, it can be seen from the phase diagram that the Pd concentration is limited to 1 to 25% by mass.

実施例2
実施例1と同様に操作して、水素センサーを作製した。但し、同時スパッタリング時間を205秒間として、厚さが144nmの検知膜を得た。
Example 2
A hydrogen sensor was produced in the same manner as in Example 1. However, a detection film having a thickness of 144 nm was obtained with a simultaneous sputtering time of 205 seconds.

表1に、濃度100%の水素ガスに接触したときの実施例2で作製したセンサーの応答時間の測定結果をしめす。この測定においては、水素センサー素子を150℃に保ち、ノズルで濃度100%の水素ガスをセンサーに吹き付けて、応答時間の測定を行った。   Table 1 shows the measurement results of the response time of the sensor produced in Example 2 when it was in contact with 100% hydrogen gas. In this measurement, the hydrogen sensor element was kept at 150 ° C., and hydrogen gas having a concentration of 100% was blown onto the sensor with a nozzle, and the response time was measured.

図5は、窒素79体積%と酸素21体積%との混合ガス(水素0体積%)と、水素濃度100体積%のガスとを1セットとし、このガスに実施例2で作製したセンサーを100回繰り返し曝した試験結果を示す。この試験は、高濃度水素に対する水素センサー出力の繰り返し安定性を確認することを目的として行われた。試験結果から、この複合検知膜は耐久性を有することが確認された。   FIG. 5 shows a set of a mixed gas of 79% by volume of nitrogen and 21% by volume of oxygen (0% by volume of hydrogen) and a gas having a hydrogen concentration of 100% by volume. The test results after repeated exposure are shown. This test was conducted with the aim of confirming the repeated stability of the hydrogen sensor output for high concentrations of hydrogen. From the test results, it was confirmed that this composite sensing film had durability.

実施例3
実施例1と同様の方法で水素センサーを作製した。但し、検知膜の同時スパッタリング時間を44秒間とし、厚さ30nmの検知膜を得た。
Example 3
A hydrogen sensor was produced in the same manner as in Example 1. However, the co-sputtering time of the detection film was 44 seconds, and a detection film with a thickness of 30 nm was obtained.

比較例1
厚さが100nmのY単層膜を検知膜とし、この検知膜の上面に実施例1の保護膜と同一保護膜を形成した。その他は、実施例1と同様に操作した。
Comparative Example 1
A Y single-layer film having a thickness of 100 nm was used as a detection film, and the same protective film as the protective film of Example 1 was formed on the upper surface of the detection film. The other operations were the same as in Example 1.

比較例2
検知膜の厚さが1000nmである以外は、比較例1と同じ水素センサーを作製した。
Comparative Example 2
The same hydrogen sensor as that of Comparative Example 1 was produced except that the thickness of the detection film was 1000 nm.

実施例2のセンサーと比較例1のセンサーの感度、応答時間の比較を行った。表1に示すように、応答時間は比較例1の希土類金属単層膜(100nm)>実施例2の複合検知膜(144nm)であった。   The sensitivity and response time of the sensor of Example 2 and the sensor of Comparative Example 1 were compared. As shown in Table 1, the response time was the rare earth metal single layer film (100 nm) of Comparative Example 1> the composite detection film (144 nm) of Example 2.

Figure 0005052607
本センサーにおいては、複合検知膜に水素透過性金属が配合されているので、希土類金属内部の水素の拡散が迅速になる。その為、膜全体に水素が容易に拡散する。その結果、水素に対する応答時間の減少、及び複合検知膜が初期状態へ戻る脱水素時間の減少が達成される。
Figure 0005052607
In this sensor, since hydrogen permeable metal is blended in the composite sensing film, the diffusion of hydrogen inside the rare earth metal is accelerated. Therefore, hydrogen easily diffuses throughout the film. As a result, a reduction in response time to hydrogen and a reduction in dehydrogenation time for the composite sensing membrane to return to the initial state are achieved.

耐久性を高める為に水素検知部を100nm以上の厚さにする場合においても、本発明に係る複合検知膜は、水素透過性金属が配合されている為、応答時間などの初期特性の低下を抑制出来る。   Even when the thickness of the hydrogen detection part is increased to 100 nm or more in order to increase the durability, the composite detection film according to the present invention contains a hydrogen permeable metal, so that the initial characteristics such as response time are reduced. Can be suppressed.

Claims (8)

基板と;該基板上に形成された複合検知膜であって、この複合検知膜は希土類金属層と前記希土類金属層に微細分散させた水素透過性金属粒子とからなる複合検知膜と;該複合検知膜上に形成された保護膜であって、この保護膜はセラミックス材料と前記セラミックス材料に分散してなる水素透過性金属粒子とからなる保護膜と;を有することを特徴とする水素センサー。A composite sensing film formed on the substrate, the composite sensing film comprising a rare earth metal layer and hydrogen permeable metal particles finely dispersed in the rare earth metal layer; and the composite A hydrogen sensor, comprising: a protective film formed on a detection film, the protective film comprising a ceramic material and a hydrogen permeable metal particle dispersed in the ceramic material. 複合検知膜の厚さが5〜1000nmであり、保護膜の厚さが5〜100nmである請求項1に記載の水素センサー。The hydrogen sensor according to claim 1, wherein the composite sensing film has a thickness of 5 to 1000 nm and the protective film has a thickness of 5 to 100 nm. 希土類金属がイットリウム(Y)、セリウム(Ce)及びランタン(La)よりなる群から選ばれる少なくとも1種で構成される請求項1に記載の水素センサー。The hydrogen sensor according to claim 1, wherein the rare earth metal is composed of at least one selected from the group consisting of yttrium (Y), cerium (Ce), and lanthanum (La). 希土類金属中の水素透過性金属の含有割合が1〜25質量%である請求項1に記載の水素センサー。The hydrogen sensor according to claim 1, wherein the content ratio of the hydrogen-permeable metal in the rare earth metal is 1 to 25% by mass. 水素透過性金属が、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)及びタンタル(Ta)よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる請求項1に記載の水素センサー。2. The hydrogen sensor according to claim 1, wherein the hydrogen permeable metal is at least one selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), niobium (Nb), vanadium (V), and tantalum (Ta). セラミックス材料がIVa,Va,VIa族元素の窒化物又は酸化物である請求項1に記載の水素センサー。2. The hydrogen sensor according to claim 1, wherein the ceramic material is a nitride or oxide of group IVa, Va, VIa elements. セラミックス材料が、AlNX1、AlOX2、SiNX3及びSiOX4(但し、0.5≦X≦1.0、0.8≦X≦1.5、0.7≦X≦1.3、1≦X≦2)よりなる群から選ばれる少なくとも1種で構成される請求項1に記載の水素センサー。The ceramic material is AlN X1 , AlO X2 , SiN X3 and SiO X4 (however, 0.5 ≦ X 1 ≦ 1.0, 0.8 ≦ X 2 ≦ 1.5, 0.7 ≦ X 3 ≦ 1.3 The hydrogen sensor according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of 1 ≦ X 4 ≦ 2). 水素透過性金属と希土類金属とを同時に気相成長させ又はスパッタリングすることにより、基板の表面上に希土類金属中に水素透過性金属粒子を微細分散させた複合検知膜を形成させ、次いで複合検知膜の上に水素透過性金属とセラミックス材料とを同時に気相成長させ又はスパッタリングすることによりセラミックス材料中に水素透過性金属粒子を分散してなる保護膜を成膜する請求項1に記載の水素センサーの製造方法。By simultaneously vapor-phase-growing or sputtering a hydrogen permeable metal and a rare earth metal, a composite sensing film in which hydrogen permeable metal particles are finely dispersed in the rare earth metal is formed on the surface of the substrate, and then the composite sensing film 2. The hydrogen sensor according to claim 1, wherein a protective film is formed by dispersing hydrogen permeable metal particles in a ceramic material by simultaneously vapor-phase-growing or sputtering a hydrogen permeable metal and a ceramic material on the substrate. Manufacturing method.
JP2009517906A 2007-06-08 2008-06-06 Hydrogen sensor and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP5052607B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009517906A JP5052607B2 (en) 2007-06-08 2008-06-06 Hydrogen sensor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007153153 2007-06-08
JP2007153153 2007-06-08
JP2009517906A JP5052607B2 (en) 2007-06-08 2008-06-06 Hydrogen sensor and manufacturing method thereof
PCT/JP2008/060438 WO2008149972A1 (en) 2007-06-08 2008-06-06 Hydrogen sensor and method for manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2008149972A1 JPWO2008149972A1 (en) 2010-08-26
JP5052607B2 true JP5052607B2 (en) 2012-10-17

Family

ID=40093776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009517906A Expired - Fee Related JP5052607B2 (en) 2007-06-08 2008-06-06 Hydrogen sensor and manufacturing method thereof

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5052607B2 (en)
WO (1) WO2008149972A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5144563B2 (en) * 2009-03-11 2013-02-13 株式会社ミクニ Hydrogen sensor and manufacturing method thereof
JP6387240B2 (en) * 2014-03-31 2018-09-05 国立大学法人岩手大学 Hydrogen sensor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002535651A (en) * 1999-01-15 2002-10-22 アドバンスド.テクノロジー.マテリアルス.インコーポレイテッド Microfabricated thin film hydrogen gas sensor and method of making and using the same
JP2005274559A (en) * 2004-02-27 2005-10-06 Mikuni Corp Hydrogen sensor and method for manufacturing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3732076A (en) * 1971-06-21 1973-05-08 Mc Donnell Douglas Corp Rare earth hydrogen detector
US6596236B2 (en) * 1999-01-15 2003-07-22 Advanced Technology Materials, Inc. Micro-machined thin film sensor arrays for the detection of H2 containing gases, and method of making and using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002535651A (en) * 1999-01-15 2002-10-22 アドバンスド.テクノロジー.マテリアルス.インコーポレイテッド Microfabricated thin film hydrogen gas sensor and method of making and using the same
JP2005274559A (en) * 2004-02-27 2005-10-06 Mikuni Corp Hydrogen sensor and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008149972A1 (en) 2008-12-11
JPWO2008149972A1 (en) 2010-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1568991B1 (en) Hydrogen sensor and process for production thereof
JP4659481B2 (en) Hydrogen sensor and manufacturing method thereof
KR100687586B1 (en) Micro-machined thin film hydrogen gas sensor, and method of making and using the same
TW546476B (en) Micro-machined thin film sensor arrays for the detection of H2, NH3, and sulfur containing gases, and method of making and using the same
EP2559778B1 (en) Hydrogen sensor using hydrogen-absorbing alloy
JP5184375B2 (en) Hydrogen sensor and manufacturing method thereof
JP5352049B2 (en) Hydrogen sensor
Corso et al. Room-temperature optical detection of hydrogen gas using palladium nano-islands
JP5052607B2 (en) Hydrogen sensor and manufacturing method thereof
JPWO2008081855A1 (en) Hydrogen permeable membrane and manufacturing method thereof
JP2008261634A (en) Hydrogen sensor
Rickerby et al. Structural and dimensional control in micromachined integrated solid state gas sensors
Delmelle et al. Effect of internal stress on the hydriding kinetics of nanocrystalline Pd thin films
JP4355300B2 (en) Hydrogen permeable membrane, hydrogen sensor, and hydrogen detection method
Reisert et al. Multi‐sensor chip for the investigation of different types of metal oxides for the detection of H2 O 2 in the ppm range
JP2005030907A (en) Gas sensor
JP5144563B2 (en) Hydrogen sensor and manufacturing method thereof
JP4714825B2 (en) Dissolved hydrogen sensor using metal thin film
JP4895741B2 (en) Hydrogen sensor
Soroka et al. Comparative H diffusion measurement through metal and non-metal nano-layers using optical sensing
WO2009157123A1 (en) Sensor device and method for manufacturing the same
Serventi et al. Transmission electron microscopy investigation of SnO2 thin films for sensor devices
Simon et al. 4.1. 3 Pt/Au based Sensor with a PMMA–Film for detecting CO in a Hydrogen Atmosphere
JP2010181282A (en) Hydrogen detection element
Erkovan et al. Hydrogen-Sensing Properties of Ultrathin Pt-Co Alloy Films. Chemosensors 2022, 10, 512

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110606

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111227

RD13 Notification of appointment of power of sub attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433

Effective date: 20120215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20120215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120411

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120411

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120626

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120724

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5052607

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150803

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees