JP5906531B2 - 半導体式ガス検知素子 - Google Patents
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Description
また、シリコーンガスが存在する環境では、半導体式ガス検知素子のガス検知感度が低下したり、選択的に検出すべきにおい成分に対してガス検知感度が上昇して誤作動し易くなるため、におい成分を正確に検出するのは困難であった。これは、被検知ガス中に含まれる揮発性の高いシリコーンガス(有機シリコーンガス)がガス感応部にまで達し、当該ガス感応部にシリコーンガス又はその分解物等が付着することで、半導体式ガス検知素子のガス検知特性が変化すると考えられる。
この結果、比較例1,2の半導体式ガス検知素子では、におい成分と可燃性ガスとにおいて、ガス感度の明瞭な差異は認められなかったのに対して(図4,8)、本発明例1,2の半導体式ガス検知素子では、エタノール、トルエン、アセトン、酢酸エチルといったにおい成分の検知感度を増感できたと認められた(図3,7)。
この結果、比較例1の半導体式ガス検知素子では、特にシリコーンガスの曝露初期において不安定なガス感度を示す(図6)のに対して、本発明例1の半導体式ガス検知素子では、シリコーンガス存在下であっても安定した(ほぼ一定の)ガス感度が得られるものと認められた。
本発明の半導体式ガス検知素子は、貴金属線材を覆って焼結させた酸化スズあるいは酸化インジウムを主成分とし、被検知ガスと接触するガス感応部を備えた半導体式ガス検知素子であって、ガス感応部にモリブデン酸化物を添加している。
ガス感応部2は、当該貴金属線材1に酸化スズあるいは酸化インジウムを主成分とする金属酸化物半導体を塗布して覆い、乾燥後、焼結成型したものである。例えば酸化スズを主成分とした金属酸化物半導体には、アンチモンを0.1モル%添加したものを使用できる。
におい成分とは、例えば、エタノール、トルエン、アセトン、酢酸エチル、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ジエチルケトン、酢酸、キシレン、トリメチルアミン、メチルアミン等が挙げられるが、これに限られるものではない。
本発明の半導体式ガス検知素子の製造方法を以下に説明する。
アンチモン(Sb+5)を0.1モル%ドープして所定の電導度を得た酸化スズ(SnO2)半導体のペーストを、白金コイルに塗布して直径が約0.5mmの球状になるように形成し、乾燥後、白金コイルに通電してジュール熱により加熱し、650℃で1時間、酸化スズを焼結させた。
20℃で60分乾燥させた。乾燥後、白金コイルに通電(1時間)して約600℃で加熱分解処理を行い、モリブデン酸化物をガス感応部の表面に担持させた半導体式ガス検知素子を作製した。このようにして得られた半導体式ガス検知素子(本発明例1)をブリッジ回路に組み込み、被検知ガスに対する感度評価に使用した。
本発明例1の半導体式ガス検知素子(ガス感応部に2モル%のモリブデン酸化物を添加)と、比較例1として酸化スズを主成分とするガス感応部を有する半導体式ガス検知素子(ガス感応部にモリブデン酸化物を添加しない)とにおいて、各種ガスの検知感度(DC2.4V通電時(10オーム負荷))を調べた。使用したガスは、エタノール、メタン、イソブタン、水素、一酸化炭素、トルエン、アセトン、酢酸エチルであった。
よって、本発明の半導体式ガス検知素子は、ガス感応部にモリブデン酸化物を添加することにより、におい成分を感度よく検出することができるものと認められた。
本発明例1の半導体式ガス検知素子と、比較例1の半導体式ガス検知素子とにおいて、シリコーンガス(OMCTS:Octamethylcyclotetrasiloxane、10ppm)が存在する環境におけるガス感度の変化を調べた。検知対象のガスは、空気、エタノール(5〜100ppm)とした。
実施例1で説明した本発明例1の半導体式ガス検知素子の作製方法において、使用した酸化スズの半導体ペーストを酸化インジウム(In2O3)の半導体ペーストに替えて半導体式ガス検知素子を作製した。このようにして得られた半導体式ガス検知素子(本発明例2:ガス感応部に2モル%のモリブデン酸化物を添加)をブリッジ回路に組み込み、被検知ガスに対する感度評価に使用した。
本発明例2の半導体式ガス検知素子と、比較例2として酸化インジウムを主成分とするガス感応部を有する半導体式ガス検知素子(ガス感応部にモリブデン酸化物を添加しない)とにおいて、各種ガスの感度(DC2.4V通電時(10オーム負荷))を調べた。使用したガスは、エタノール、水素、トルエン、アセトン、酢酸エチルであった。
実施例1で説明した本発明例1の半導体式ガス検知素子の作製方法において、酸化スズの半導体を、モリブデン酸アンモン水溶液に含浸させる工程の後に、0.5モル/Lの硝酸鉛水溶液の液滴を含浸させる工程を追加し、乾燥後、白金コイルに通電して加熱分解処理を行い、モリブデン酸化物および鉛酸化物をガス感応部の表面に担持させた半導体式ガス検知素子を作製した。このようにして得られた半導体式ガス検知素子(本発明例3:ガス感応部に2モル%のモリブデン酸化物、0.5モル%の鉛酸化物を添加)をブリッジ回路に組み込み、被検知ガスに対する感度評価に使用した。
本発明例3の半導体式ガス検知素子を使用して、各種ガスの感度(DC2.4V通電時(10オーム負荷))を調べた。使用したガスは、エタノール、メタン、イソブタン、水素、一酸化炭素、トルエン、アセトン、酢酸エチルであった。結果を図9に示した。
本発明例1の半導体式ガス検知素子において、ガス感応部に添加するモリブデン酸化物の有効濃度を調べた。
従って、モリブデン酸化物の含有量が0.5〜10モル%であれば、シリコーンガスが存在する環境でもにおい成分を正確に検出できることが判明した。
本発明の半導体式ガス検知素子において、ガス感応部に添加する鉛酸化物の有効濃度を調べた。
1 貴金属線材
2 貴金属線材
Claims (1)
- 貴金属線材を覆って焼結させた酸化スズあるいは酸化インジウムを主成分とし、被検知ガスと接触するガス感応部を備えた半導体式ガス検知素子であって、
前記ガス感応部にモリブデン酸化物および鉛酸化物を添加し、
前記モリブデン酸化物の含有量が0.5〜10モル%であり、前記鉛酸化物の含有量が0.01〜1モル%である半導体式ガス検知素子。
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