JPH01118760A - センサの製造方法 - Google Patents
センサの製造方法Info
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- JPH01118760A JPH01118760A JP62276806A JP27680687A JPH01118760A JP H01118760 A JPH01118760 A JP H01118760A JP 62276806 A JP62276806 A JP 62276806A JP 27680687 A JP27680687 A JP 27680687A JP H01118760 A JPH01118760 A JP H01118760A
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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-
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- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、温度、湿度、ガス濃度等、外界の雰囲気を検
知するセンナに関する。
知するセンナに関する。
（従来の技術）
一般に、温度、湿度、ガス濃度等の外界の雰囲気を検知
する雰囲気センサは、絶縁基板上に対向電極を形成し、
この対向電極間に跨って、外界の雰囲気によって電気的
特性が変化する物質からなる感応膜を形成して構成され
ている。
する雰囲気センサは、絶縁基板上に対向電極を形成し、
この対向電極間に跨って、外界の雰囲気によって電気的
特性が変化する物質からなる感応膜を形成して構成され
ている。
このような雰囲気センサの感応膜や対向電極を成膜する
方法としては、大別して、真空蒸着やスパッタリングな
どの気相成長法と、ペーストを印刷して焼成する印刷法
が知られている。
方法としては、大別して、真空蒸着やスパッタリングな
どの気相成長法と、ペーストを印刷して焼成する印刷法
が知られている。
気相成長法は、パターン精度や膜純度が高く、再現性よ
く薄膜を得ることができ、しかも通産性に優れている等
の特長を有しているが、その半面、装置が高価で機動性
に劣るという難点がある。
く薄膜を得ることができ、しかも通産性に優れている等
の特長を有しているが、その半面、装置が高価で機動性
に劣るという難点がある。
このため、感応膜や対向電極の成膜方法としては、装置
が比較的安価で、操作が簡便な印刷法が注目されており
、対向電極やガス感応膜等をスクリーン印刷により形成
したガスセンサが提案されている。
が比較的安価で、操作が簡便な印刷法が注目されており
、対向電極やガス感応膜等をスクリーン印刷により形成
したガスセンサが提案されている。
第５図は、このような従来のガスセンサを概略的に示す
断面図であり、アルミナ等のセラミックス絶縁基板１上
に厚膜法による所定のパターンの対向電極２が形成され
、その上に印刷により酸化スズ半導体膜３が形成され、
さらに感度を高めるための触媒層４が酸化スズ半導体ｌ
１１３上に形成されている。そして絶縁基板１の裏面に
は、感度や応答性を大きくするための発熱体５が形成さ
れてガスセンサが構成されている。
断面図であり、アルミナ等のセラミックス絶縁基板１上
に厚膜法による所定のパターンの対向電極２が形成され
、その上に印刷により酸化スズ半導体膜３が形成され、
さらに感度を高めるための触媒層４が酸化スズ半導体ｌ
１１３上に形成されている。そして絶縁基板１の裏面に
は、感度や応答性を大きくするための発熱体５が形成さ
れてガスセンサが構成されている。
このような従来のガスセンサでは、酸化スズ半導体膜３
は、有機スズ化合物を含むペーストを所定のパターンに
印刷し、熱分解して形成したもので、厚さ１μｍ程度の
薄膜であるが、対向電極２は通常の厚膜導体ペースト（
例えばＥＳＬ社製、金ペースト＃ ８８８０）を印刷し
焼成して形成したもので、厚さ１０〜２０μｍ程度の厚
膜となっている。
は、有機スズ化合物を含むペーストを所定のパターンに
印刷し、熱分解して形成したもので、厚さ１μｍ程度の
薄膜であるが、対向電極２は通常の厚膜導体ペースト（
例えばＥＳＬ社製、金ペースト＃ ８８８０）を印刷し
焼成して形成したもので、厚さ１０〜２０μｍ程度の厚
膜となっている。
このように従来のガスセンサでは、対向電極２の膜厚が
、その上部に形成する酸化スズ半導体膜３の膜厚に比べ
て著しく厚くなっているため、酸化スズ半導体膜３は、
対向電極２と絶縁基板１との段差のところで、亀裂を生
じるなど形態上の顕著な欠陥が現われるという問題があ
った。
、その上部に形成する酸化スズ半導体膜３の膜厚に比べ
て著しく厚くなっているため、酸化スズ半導体膜３は、
対向電極２と絶縁基板１との段差のところで、亀裂を生
じるなど形態上の顕著な欠陥が現われるという問題があ
った。
このような形態上の欠陥は、その箇所での電気抵抗を大
きくするばかりでなく、欠陥箇所と外界雰囲気との相互
作用により経時変化を促進し、信頼性を低める原因とも
なっている。
きくするばかりでなく、欠陥箇所と外界雰囲気との相互
作用により経時変化を促進し、信頼性を低める原因とも
なっている。
このような問題を回避するため、酸化スズ半導体膜３の
上に対向電極を形成することも考えられるが、酸化スズ
半導体ｇ１３は通常４００〜６００℃で焼成するのに対
し、対向電極２を形成するための厚膜導体ペーストは一
般に８００ ’Ｃ以上の高温で焼成されるため（金ペー
スト＃ ８８８０を用いた場合９００〜１０００℃）、
酸化スズ半導体膜を形成した後に対向電極を印刷形成す
ることは、プロセス温度からみて不可能である。
上に対向電極を形成することも考えられるが、酸化スズ
半導体ｇ１３は通常４００〜６００℃で焼成するのに対
し、対向電極２を形成するための厚膜導体ペーストは一
般に８００ ’Ｃ以上の高温で焼成されるため（金ペー
スト＃ ８８８０を用いた場合９００〜１０００℃）、
酸化スズ半導体膜を形成した後に対向電極を印刷形成す
ることは、プロセス温度からみて不可能である。
以上の問題は、ガスセンサに限らず、雰囲気センサ一般
にあてはまる問題である。
にあてはまる問題である。
（発明が解決しようとする問題点）
上述したように、従来の雰囲気センサは、対向電極が厚
膜導体ペーストの印刷により絶縁基板上に形成されるた
め、その上部に形成される感応膜が対向電極の段差の影
響を受けて、段差部で膜形態の欠陥を生じ、経時変化を
促進するという問題があった。また、これを避けるため
感応膜の上部に対向電極を形成しようとしても、対向電
極の焼成温度が感応膜のそれに比べて高すぎるのですで
に形成された感応膜を損傷してしまうという問題があっ
た。
膜導体ペーストの印刷により絶縁基板上に形成されるた
め、その上部に形成される感応膜が対向電極の段差の影
響を受けて、段差部で膜形態の欠陥を生じ、経時変化を
促進するという問題があった。また、これを避けるため
感応膜の上部に対向電極を形成しようとしても、対向電
極の焼成温度が感応膜のそれに比べて高すぎるのですで
に形成された感応膜を損傷してしまうという問題があっ
た。
本発明は、このような従来の難点を解消すべくなされた
もので、感応膜の欠陥を防ぎ、経時安定性を向上させる
とともに、対向電極形成プロセスを向上させることので
きるセンサを提供することを目的とする。
もので、感応膜の欠陥を防ぎ、経時安定性を向上させる
とともに、対向電極形成プロセスを向上させることので
きるセンサを提供することを目的とする。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
この目的を達成するため、本発明は、絶縁基板と、この
絶縁基板上に形成された対向電極と、前記対向電極間に
跨って形成された外界の雰囲気によって電気的特性の変
化する膜とを有する雰囲気センサにおいて、前記対向電
極が、有機金属化合物の熱分解により形成された薄膜導
体からなることを特徴としている。
絶縁基板上に形成された対向電極と、前記対向電極間に
跨って形成された外界の雰囲気によって電気的特性の変
化する膜とを有する雰囲気センサにおいて、前記対向電
極が、有機金属化合物の熱分解により形成された薄膜導
体からなることを特徴としている。
（作用）
本発明では、有機金属化合物を含有するペーストを印刷
して形成した薄膜導体を対向電極としているので、上部
に形成する感応膜に対する段差の影響が解消され、段差
部における膜形態の欠陥が防止され、経時安定性が向上
する。さらに、有機金属化合物は比較的低温で焼成でき
るので、感応膜上部に感応膜を損傷させることなく対向
電極を印刷により形成することができる。
して形成した薄膜導体を対向電極としているので、上部
に形成する感応膜に対する段差の影響が解消され、段差
部における膜形態の欠陥が防止され、経時安定性が向上
する。さらに、有機金属化合物は比較的低温で焼成でき
るので、感応膜上部に感応膜を損傷させることなく対向
電極を印刷により形成することができる。
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。なお、以下説明する図において、第５図と共通部分に
は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
。なお、以下説明する図において、第５図と共通部分に
は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
第１図は、本発明の一実施例の金属酸化物半導体を用い
たガスセンサを示すもので、アルミナ等のセラミック絶
縁基板１の表面側には有機金属化合物の熱分解により形
成されたａＳＳ体からなる対向電極２′が形成され、こ
の対向電極２′間に跨って酸化スズ半導体ｌＩ３が形成
され、さらにその上に触媒層４が形成されている。そし
て、その裏面側には白金系の厚膜からなる発熱体５が形
成されている。
たガスセンサを示すもので、アルミナ等のセラミック絶
縁基板１の表面側には有機金属化合物の熱分解により形
成されたａＳＳ体からなる対向電極２′が形成され、こ
の対向電極２′間に跨って酸化スズ半導体ｌＩ３が形成
され、さらにその上に触媒層４が形成されている。そし
て、その裏面側には白金系の厚膜からなる発熱体５が形
成されている。
この実施例のガスセンサは、次のようにして製造される
。
。
まず、アルミナ等のセラミック絶縁基板１の裏面側に白
金系のＷ、膜からなる発熱体５を形成し、その表面側に
、有機金化合物、たとえば金メルカプチドを含有するペ
ースト（金含有漬１８％）を用いて、所定パターンの対
向電極２′を印刷形成する。このペーストは粘稠な均一
溶液であり、通常の厚膜ペーストに比べ均一で表面平滑
な薄膜を形成することができる。次にこれを約６００℃
で焼成して膜厚０．５μｍ程度の対向電極２′を形成す
る。
金系のＷ、膜からなる発熱体５を形成し、その表面側に
、有機金化合物、たとえば金メルカプチドを含有するペ
ースト（金含有漬１８％）を用いて、所定パターンの対
向電極２′を印刷形成する。このペーストは粘稠な均一
溶液であり、通常の厚膜ペーストに比べ均一で表面平滑
な薄膜を形成することができる。次にこれを約６００℃
で焼成して膜厚０．５μｍ程度の対向電極２′を形成す
る。
対向電極２′の上部には、有機スズ化合物、たとえば２
−エチルヘキサン酸スズを含むペーストを所定のパター
ンで印刷し、６００℃で熱分解させて膜厚 １μ鴨程度
の酸化スズ半導体膜３を形成する。
−エチルヘキサン酸スズを含むペーストを所定のパター
ンで印刷し、６００℃で熱分解させて膜厚 １μ鴨程度
の酸化スズ半導体膜３を形成する。
さらに、その上部にアルミナに白金を担持させた触媒層
４を印刷により形成して実施例のセンサが得られる。
４を印刷により形成して実施例のセンサが得られる。
なお、この実施例では、対向電極２′を６００℃で焼成
したが、このペーストは５００℃でも十分焼成すること
が可能である。また、有機金属化合物もその種類に応じ
て３００℃程度で焼成可能なものもある。
したが、このペーストは５００℃でも十分焼成すること
が可能である。また、有機金属化合物もその種類に応じ
て３００℃程度で焼成可能なものもある。
第２図は、本発明の他の実施例を示すもので、有機スズ
半導体膜３の上部に対向電極２′を形成したものである
。この実施例のセンサでは、対向電極２′の焼成温度が
有機スズ半導体膜３の焼成温度よりも低いので、対向電
極２′の焼成時に有機スズ半導体膜３を損傷することが
ない。
半導体膜３の上部に対向電極２′を形成したものである
。この実施例のセンサでは、対向電極２′の焼成温度が
有機スズ半導体膜３の焼成温度よりも低いので、対向電
極２′の焼成時に有機スズ半導体膜３を損傷することが
ない。
さらに、第３図は本発明の別の実施例を示すもので、酸
化スズ半導体１３を２枚の対向電極２′ではさんでサン
ドイッチ型構造としたものである。
化スズ半導体１３を２枚の対向電極２′ではさんでサン
ドイッチ型構造としたものである。
この実施例のセンサでも、同じ理由で、対向電極２′の
焼成時に有機スズ半導体ｌ！３を損１セすることはない
。
焼成時に有機スズ半導体ｌ！３を損１セすることはない
。
第４図は、第１図に示した実施例と対向電極を厚膜で形
成した従来のガスセンナ（比較例）における半導体抵抗
の経時変化を示すグラフである。
成した従来のガスセンナ（比較例）における半導体抵抗
の経時変化を示すグラフである。
金属酸化物を用いたガスセンサでは、一般に初期におい
ては急激な経時変化を示し、しだも）に緩慢な変化へと
移行する。このため、抵抗−時間の関係を両対数プロッ
トしたとき、曲線はあるところを境に直線的に上昇また
は下降する場合が多い。
ては急激な経時変化を示し、しだも）に緩慢な変化へと
移行する。このため、抵抗−時間の関係を両対数プロッ
トしたとき、曲線はあるところを境に直線的に上昇また
は下降する場合が多い。
したがって、直線的上昇または下降に移行する時間が経
時安定性の尺度とみなされる。
時安定性の尺度とみなされる。
第４図に示されるように、実施例のセンサは約２０００
時間から抵抗上昇がみられ、約３００００時間でようや
く抵抗が２倍になる。これに対して対向電極を厚膜によ
り形成した比較例では、約５００時間で抵抗上昇が始ま
り、約１００００時間ではやくも２倍になる。また、対
向電極上部の半導体膜および触媒層の形成条件が同じで
あるにもかかわらず、実施例のガスセンサは比較例のそ
れに比べて抵抗が著しく低いことがわかる。
時間から抵抗上昇がみられ、約３００００時間でようや
く抵抗が２倍になる。これに対して対向電極を厚膜によ
り形成した比較例では、約５００時間で抵抗上昇が始ま
り、約１００００時間ではやくも２倍になる。また、対
向電極上部の半導体膜および触媒層の形成条件が同じで
あるにもかかわらず、実施例のガスセンサは比較例のそ
れに比べて抵抗が著しく低いことがわかる。
このように、本発明によれば、抵抗を低くすることがで
きるだけでなく、経時安定性を向上させることができる
。これは、対内電極と絶縁基板との段差部分の上部に形
成された半導体膜が、段着が大きいほど股形態の欠陥を
現わすためと考えられる。事実、電子顕微鏡による観察
結果では、実施例の半導体膜では良好な膜形態であるが
、比較例のそれでは段差部に無数の亀裂が観察された。
きるだけでなく、経時安定性を向上させることができる
。これは、対内電極と絶縁基板との段差部分の上部に形
成された半導体膜が、段着が大きいほど股形態の欠陥を
現わすためと考えられる。事実、電子顕微鏡による観察
結果では、実施例の半導体膜では良好な膜形態であるが
、比較例のそれでは段差部に無数の亀裂が観察された。
なお以上は、センサの感応膜が金属酸化物半導体の場合
であるが、感応膜が有機物であっても、それがフタロシ
アニンまたはその越導体、ないしはそれらの金属錯体の
ように耐熱性の良好なものである場合には、感応膜の上
部に電極を形成することが可能となる。
であるが、感応膜が有機物であっても、それがフタロシ
アニンまたはその越導体、ないしはそれらの金属錯体の
ように耐熱性の良好なものである場合には、感応膜の上
部に電極を形成することが可能となる。
さらに、感応膜が半導体でなく誘電体の場合には、第４
図のごとく２枚の電極で感応膜をはさんだサンドイッチ
型構造が必要となる場合が多いが、本発明では、前述し
たように感応膜を損傷することなく、その上に対向電極
を形成することができるので、同様に適用可能である。
図のごとく２枚の電極で感応膜をはさんだサンドイッチ
型構造が必要となる場合が多いが、本発明では、前述し
たように感応膜を損傷することなく、その上に対向電極
を形成することができるので、同様に適用可能である。
なお、本発明の薄膜導体は下地との密着性が良好であり
、さらに、前記のごとくペーストが粘稠な均一溶液であ
るので、多くの場合厚膜導体を用いた場合よりも優れた
密着性が（りられる。
、さらに、前記のごとくペーストが粘稠な均一溶液であ
るので、多くの場合厚膜導体を用いた場合よりも優れた
密着性が（りられる。
［発明の効果］
以上のように、本発明は有機金属化合物を含有するペー
ストを印刷して形成した薄膜導体を対向電極としたので
、上部に形成する感応膜に対する段差の影響をなくし、
段差部における膜形前の欠陥を防ぎ、経時安定性を向上
させるという結果をもたらし、もって信頼性を向上させ
ることができる。また、有機金属化合物は比較的低温で
焼成できるので、感応膜上部に感応膜の損傷なく対向電
極を印刷により形成することができ、もって雰囲気セン
サを簡便に安価に提供しうる。
ストを印刷して形成した薄膜導体を対向電極としたので
、上部に形成する感応膜に対する段差の影響をなくし、
段差部における膜形前の欠陥を防ぎ、経時安定性を向上
させるという結果をもたらし、もって信頼性を向上させ
ることができる。また、有機金属化合物は比較的低温で
焼成できるので、感応膜上部に感応膜の損傷なく対向電
極を印刷により形成することができ、もって雰囲気セン
サを簡便に安価に提供しうる。
第１図は本発明に係るガスセンサの一実施例を示す断面
図、第２図は本発明に係るガスセンサの他の実施例例を
示す断面図、第３図は本発明に係るガスセンサのさらに
他の実施例を示すを断面図、第４図は本発明に係るガス
センサおよび従来のガスセンサの抵抗変化を示すグラフ
、第５図は従来のガスセンサを示す断面図である。 １・・・・・・・・・セラミックス基板２．２′・・・
・・・対向電極 ３・・・・・・・・・酸化スズ半導体膜４・・・・・・
・・・触媒層 ５・・・・・・・・・発熱体 出願人 株式会社 東芝 代理人 弁理士 須 山 佐 − 手 続 補 正 書 （自発）昭和６３年１０
月１９日
図、第２図は本発明に係るガスセンサの他の実施例例を
示す断面図、第３図は本発明に係るガスセンサのさらに
他の実施例を示すを断面図、第４図は本発明に係るガス
センサおよび従来のガスセンサの抵抗変化を示すグラフ
、第５図は従来のガスセンサを示す断面図である。 １・・・・・・・・・セラミックス基板２．２′・・・
・・・対向電極 ３・・・・・・・・・酸化スズ半導体膜４・・・・・・
・・・触媒層 ５・・・・・・・・・発熱体 出願人 株式会社 東芝 代理人 弁理士 須 山 佐 − 手 続 補 正 書 （自発）昭和６３年１０
月１９日
Claims (2)
- （１）絶縁基板と、この絶縁基板上に形成された対向電
極と、前記対向電極間に跨つて形成された外界の雰囲気
によつて電気的特性の変化する膜とを有する雰囲気セン
サにおいて、前記対向電極が有機金属化合物の熱分解に
より形成された薄膜導体からなることを特徴とするセン
サ。 - （２）前記対向電極が、金または白金を主成分とする薄
膜導体からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のセンサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276806A JP2542643B2 (ja) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | センサの製造方法 |
| US07/264,663 US4977658A (en) | 1987-10-31 | 1988-10-31 | Sensor and method for the production thereof |
| GB8825426A GB2211944B (en) | 1987-10-31 | 1988-10-31 | Sensor and method for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276806A JP2542643B2 (ja) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01118760A true JPH01118760A (ja) | 1989-05-11 |
| JP2542643B2 JP2542643B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=17574644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62276806A Expired - Fee Related JP2542643B2 (ja) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | センサの製造方法 |
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|---|---|
| US (1) | US4977658A (ja) |
| JP (1) | JP2542643B2 (ja) |
| GB (1) | GB2211944B (ja) |
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| JP2008275456A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Atago:Kk | 濃度測定装置 |
| JP2021110676A (ja) * | 2020-01-14 | 2021-08-02 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | モリブデンクラスター膜含有素子、センサ、装置、並びにそれらを用いる温度、湿度、光の測定法 |
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-
1987
- 1987-10-31 JP JP62276806A patent/JP2542643B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-10-31 US US07/264,663 patent/US4977658A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-10-31 GB GB8825426A patent/GB2211944B/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2542643B2 (ja) | 1996-10-09 |
| GB8825426D0 (en) | 1988-11-30 |
| US4977658A (en) | 1990-12-18 |
| GB2211944B (en) | 1991-12-11 |
| GB2211944A (en) | 1989-07-12 |
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|---|---|---|---|
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