JP7403232B2 - 半導体式ガス検知素子 - Google Patents
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Description
半導体式ガス検知素子として、図1に示される半導体式ガス検知素子1を作製した。半導体式ガス検知素子の各構成要素は、以下の要領で作製した。
ガス感応部は、酸化スズの微粉体、酸化タングステンの微粉体および酸化パラジウムの微粉体を溶媒に混ぜてペースト状にしたものをコイルの周りに塗布して乾燥させることにより略球形状に形成した。粒径は、約640μmであった。
保護層は、塩化パラジウム溶液に浸漬してパラジウムを表面に担持したアルミナ系酸化物(アルミナ)の微粉体および塩化パラジウム溶液に浸漬してパラジウムを表面に担持したシリカ系酸化物(シリカアルミナまたはシリカ)の微粉体を溶媒に混ぜてペースト状にしたものをガス感応部上に塗布して乾燥させることにより形成した。膜厚は、約60μm~約80μmであった。
なお、以下においては、ガス感応部における酸化タングステンの添加量は、酸化スズを含めた金属酸化物半導体を100質量%としたときの金属酸化物半導体中の含有率で示した。また、ガス感応部における酸化パラジウムの添加量は、金属酸化物半導体を100質量%としたときの金属酸化物半導体に対する含有率で示した。また、保護層におけるアルミナ系酸化物およびシリカ系酸化物の添加量は、アルミナ系酸化物およびシリカ系酸化物の合計を100質量%としたときのアルミナ系酸化物およびシリカ系酸化物中の含有率で示した。また、保護層におけるパラジウムの添加量は、アルミナ系酸化物およびシリカ系酸化物の合計を100質量%としたときのアルミナ系酸化物およびシリカ系酸化物に対する含有率で示した。
作製した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、大気中に所定濃度のメタンガスまたは所定濃度の水素ガスが含まれる環境において、半導体式ガス検知素子から出力されるセンサ出力を測定した。メタンガスのガス濃度は、3000ppmとし、水素ガスのガス濃度は、100ppm、1000ppmとした。
保護層におけるシリカ系酸化物の添加量が変化したときに、高温高湿無通電環境下におけるガス感応部の耐久性がどのように変化するのかを調べた。試験に供した半導体式ガス検知素子は、以下の表1に示す通りであった。ガス感応部の耐久性試験では、半導体式ガス検知素子を、温度40℃、相対湿度60%の大気環境において、通電することなく8日間放置した。ガス感応部の耐久性評価では、耐久性試験前後において、大気中にメタンガスが3000ppm含まれる環境で得られるセンサ出力を測定した。
保護層におけるシリカ系酸化物の添加量が変化したときに、有機シリコーンガス曝露環境下におけるガス感応部の耐久性がどのように変化するのかを調べた。試験に供した半導体式ガス検知素子は、以下の表2に示す通りであった。ガス感応部の耐久性試験では、大気中にオクタメチルシクロテトラシロキサンが10ppm含まれる環境において、半導体式ガス検知素子に対して、3.5秒の通電(500℃加熱)と6.5秒の無通電とを交互に繰り返す間欠駆動を所定時間行なった。ガス感応部の耐久性評価では、有機シリコーンガス曝露試験後に、非検知対象ガスである水素ガスが大気中に100ppm含まれる環境で得られるセンサ出力を測定した。測定された水素ガスに対するセンサ出力は、有機シリコーンガス曝露試験前の半導体式ガス検知素子を用いて、検知対象ガスであるメタンガスが大気中に3000ppm含まれる環境で得られたセンサ出力を基準として評価した。
保護層におけるパラジウムの添加量が変化したときに、硫黄系ガス曝露環境下におけるガス感応部の耐久性がどのように変化するのかを調べた。試験に供した半導体式ガス検知素子は、以下の表3に示す通りであった。シリカ系酸化物としては、シリカアルミナを用いた。ガス感応部の耐久性試験では、半導体式ガス検知素子を、大気中に二酸化硫黄ガスが0.4ppm含まれる環境において、通電状態で10日間放置した。ガス感応部の耐久性評価では、耐久性試験前後において、大気中にメタンガスが3000ppm含まれる環境で得られるセンサ出力を測定した。
ガス感応部における酸化パラジウムの添加量が変化したときに、ガス感応部のメタンガスに対する選択性がどのように変化するのかを調べた。試験に供した半導体式ガス検知素子は、以下の表4に示す通りであった。シリカ系酸化物としては、シリカアルミナを用いた。ガス感応部のメタンガスに対する選択性は、大気中にメタンガスが3000ppm存在する場合に得られるセンサ出力と、大気中に水素ガスが1000ppm存在する場合に得られるセンサ出力とから求めた相対感度比(水素ガス/メタンガス)により評価した。なお、ガス感応部に酸化タングステンおよび酸化パラジウムが含まれない場合の相対感度比は、0.57であった。
ガス感応部における酸化タングステンの添加量が変化したときに、ガス感応部のメタンガスに対する選択性がどのように変化するのかを調べた。試験に供した半導体式ガス検知素子は、以下の表5に示す通りであった。シリカ系酸化物としては、シリカアルミナを用いた。ガス感応部のメタンガスに対する選択性は、大気中にメタンガスが3000ppm存在する場合に得られるセンサ出力と、大気中に水素ガスが1000ppm存在する場合に得られるセンサ出力とから求めた相対感度比(水素ガス/メタンガス)により評価した。なお、ガス感応部に酸化タングステンおよび酸化パラジウムが含まれない場合の相対感度比は、0.57であった。
2 ガス感応部
3 保護層
4 コイル
Claims (6)
- メタンガスを検知するための半導体式ガス検知素子であって、
酸化スズおよび酸化タングステンを含む金属酸化物半導体に白金族金属酸化物が担持されてなるガス感応部と、
前記ガス感応部を被覆し、アルミナ系酸化物およびシリカ系酸化物を含む保護層と
を備える半導体式ガス検知素子。 - 前記保護層が、前記アルミナ系酸化物および前記シリカ系酸化物に白金族金属が担持されてなる、
請求項1に記載の半導体式ガス検知素子。 - 前記酸化スズと前記酸化タングステンとの混合比が、99.9質量%:0.1質量%~98.5質量%:1.5質量%である、
請求項1または2に記載の半導体式ガス検知素子。 - メタンガスを検知するための半導体式ガス検知素子であって、
前記半導体式ガス検知素子が、
金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部と、
前記ガス感応部を被覆し、アルミナ系酸化物およびシリカ系酸化物を含む保護層とを備え、
前記ガス感応部に、非検知対象ガスを燃焼させる触媒機能が付与され、
前記保護層に、非検知対象ガスを反応吸着させる反応吸着機能が付与され、
前記ガス感応部の前記金属酸化物半導体が、酸化スズおよび酸化タングステンを含む、
半導体式ガス検知素子。 - 前記シリカ系酸化物が、シリカアルミナである、
請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体式ガス検知素子。 - 前記アルミナ系酸化物と前記シリカ系酸化物との混合比が、99質量%:1質量%~80質量%:20質量%である
請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体式ガス検知素子。
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