JP6437689B1 - Mems型半導体式ガス検知素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のMEMS型半導体式ガス検知素子は、MEMS構造を有し、水素ガスを検知するMEMS型半導体式ガス検知素子1であって、基板2と、基板2に設けられ、金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部3と、ガス感応部3を加熱する加熱部4と、水素選択透過性を有し、ガス感応部3の外側に形成される不活性膜5と、不活性膜5の外側に形成され、ガス感応部3の劣化を抑制する保護膜6とを備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1に示されるMEMS型半導体式ガス検知素子1を作製した。その際、ガス感応部3および保護膜6を除く他の構成を、基板2をシリコン基板とし、加熱部4を白金線として、公知のMEMS技術を利用して作製した。
保護膜6以外は実施例1と同様にして、図1に示されるMEMS型半導体式ガス検知素子1を作製した。保護膜6は、市販のアルミノシリケートの微粉体のペーストを、基板2上の不活性膜5を覆って最大厚さが40μmになるように塗布して、乾燥後、加熱部4に通電してジュール熱により650℃で2時間加熱して、アルミノシリケートを焼結させることにより形成した。
保護膜6以外は実施例1と同様にして、図1に示されるMEMS型半導体式ガス検知素子1を作製した。保護膜6は、市販のアルミノシリケートに酸化クロム20wt%を凍結含浸させた微粉体のペーストを、基板2上の不活性膜5を覆って最大厚さが40μmになるように塗布して、乾燥後、加熱部4に通電してジュール熱により650℃で2時間加熱して、酸化クロム含浸アルミノシリケートを焼結させることにより形成した。
ガス感応部3以外は実施例3と同様にして、図1に示されるMEMS型半導体式ガス検知素子1を作製した。ガス感応部3は、アンチモンをドナーとして0.2wt%添加した酸化スズ半導体の微粉体に2.0wt%の酸化クロムの微粉体を混ぜたペーストを、基板2上の加熱部4を覆って最大厚さが40μmになるように塗布して、乾燥後、電気炉にて650℃で2時間加熱して、酸化クロムを担持させた酸化スズ半導体を焼結させることにより形成した。
図1の保護膜6を有さないMEMS型半導体式ガス検知素子を作製した。保護膜6を形成しない以外は、実施例1〜3と同様に作製した。
図1の保護膜6を有さないMEMS型半導体式ガス検知素子を作製した。保護膜6を形成しない以外は、実施例4と同様に作製した。
実施例1〜4および比較例1〜2のMEMS型半導体式ガス検知素子を、公知のブリッジ回路に組み込んで、大気中において水素ガス濃度を変化させたときのセンサ出力の変化を測定した。MEMS型半導体式ガス検知素子の駆動条件は、加熱時の温度が500℃になるように、5秒サイクルにて0.06秒の印加電圧パターンとするパルス駆動とした。測定環境雰囲気は、大気中の水素ガス濃度を1分毎に50ppm、100ppm、200ppm、500ppm、1000ppm、2000ppm、5000ppmと変化させた後、水素ガスを含まない大気と置換した。応答特性は、大気中の水素ガスの濃度を変化させたタイミングでのセンサ出力の変化の速さから評価した。また、応答復帰特性は、水素ガス濃度が5000ppmである環境雰囲気を、水素ガスを含まない大気と置換したタイミングでのセンサ出力の変化の速さから評価した。応答復帰特性の経時劣化は、MEMS型半導体式ガス検知素子を作製した直後、1ヶ月間室温で放置した後、および2ヶ月間室温で放置した後に上記測定を行なうことにより評価した。
実施例1、2、4および比較例1、2のMEMS型半導体式ガス検知素子を、公知のブリッジ回路に組み込んで、異なる水素ガス濃度に対するセンサ出力の経時変化を測定した。また、MEMS型半導体式ガス検知素子の水素ガス選択性を評価するために、異なるメタンガス濃度に対するセンサ出力の経時変化についても測定した。MEMS型半導体式ガス検知素子の駆動条件は、加熱時の温度が500℃になるように、5秒サイクルにて0.06秒の印加電圧パターンとするパルス駆動とした。センサ出力値としては、測定開始からセンサ出力値が安定した時点の値を採用した。測定環境雰囲気は、(1)大気、(2)大気中の水素ガス濃度:50ppm、100ppm、200ppm、500ppm、1000ppm、2000ppm、5000ppm、(3)大気中のメタンガス濃度:1000ppm、2000ppm、5000ppmとした。センサ出力の経時変化は、MEMS型半導体式ガス検知素子を作製した直後から約2ヶ月後までの間に数日間隔で上記測定を行なうことにより評価した。
2 基板
21 基板本体
22 絶縁支持層
23 空洞部
3 ガス感応部
4 加熱部
5 不活性膜
6 保護膜
A 積層体
Claims (7)
- MEMS構造を有し、水素ガスを検知するMEMS型半導体式ガス検知素子であって、
基板と、
前記基板に設けられ、金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部と、
前記ガス感応部を加熱する加熱部と、
水素選択透過性を有し、前記ガス感応部の外側に形成される不活性膜と、
前記不活性膜の外側に形成され、前記ガス感応部の劣化を抑制する保護膜と
を備えたMEMS型半導体式ガス検知素子。 - MEMS構造を有し、水素ガスを検知するMEMS型半導体式ガス検知素子であって、
基板と、
前記基板に設けられ、金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部と、
前記ガス感応部を加熱する加熱部と、
水素選択透過性を有し、前記ガス感応部の外側に形成される不活性膜と、
前記不活性膜の外側に形成され、前記ガス感応部の水素ガスに対する応答特性および/または応答復帰特性の経時劣化を抑制する保護膜と
を備えたMEMS型半導体式ガス検知素子。 - MEMS構造を有し、水素ガスを検知するMEMS型半導体式ガス検知素子であって、
基板と、
前記基板に設けられ、金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部と、
前記ガス感応部を加熱する加熱部と、
水素選択透過性を有し、前記ガス感応部の外側に形成される不活性膜と、
前記不活性膜の外側に形成され、前記ガス感応部の劣化を抑制する保護膜と
を備え、
前記保護膜が、アルミナ、またはアルミニウムおよびシリコンを含む複合酸化物を含むことを特徴とするMEMS型半導体式ガス検知素子。 - 前記不活性膜が、前記ガス感応部の一部に形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のMEMS型半導体式ガス検知素子。
- 前記不活性膜が、前記ガス感応部の外表部に形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のMEMS型半導体式ガス検知素子。
- 前記保護膜は、アルミニウムおよびシリコンを含む複合酸化物により形成される担体に、酸化クロムまたは酸化パラジウムを担持してなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のMEMS型半導体式ガス検知素子。
- 前記不活性膜が、シロキサン結合を有するシリカ膜を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のMEMS型半導体式ガス検知素子。
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