JPH01131445A - ガスセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガスセンサに関する。

［従来の技術とその問題点］ 従来、面ヒータの一方の面にガス感応部が形成されたガ
スセンサが知られている。

ガス感応部としては、例えばスパッタリング法により作
成されたＳ　ｎ　０２からなるｎ型半導体薄膜が用いら
れ、この薄膜は、都市ガスに含まれるメタンガスに感応
して抵抗率が変化する。

ところが、この薄膜は、温度を３５０〜５５０℃の範囲
に保持してはじめて、エタノールに感応せずにメタンガ
スに感応する。したがって、セラミックヒータの上面に
この薄膜を形成し、このヒータによって前記の動作温度
範囲を実現していた。

ところが、このガスセンサでは、セラミックヒータは下
面が空気によって断熱されるだけであったので熱損失が
大きく、ガス感応部の温度を前記範囲に保持するために
は、ＩＷ程度の大きい電力をヒータに投入する必要があ
った。したがって、ガスセンサの周辺回路部品のコスト
ダウンをはかるためには、ヒータの消費電力を少しでも
低減することが求められている。

本発明は、以上の点に鑑み、面ヒータの一方の面にガス
感応部が形成されたガスセンサであって、消費電力が小
さいものを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前記の目的を達成するために、面ヒータにお
いてガス感応部が形成された面とは反対側の面に、放射
率が０，５以下の物質からなる放射抑制層を形成したも
のである。

［作　用］ 本発明に係るガスセンサにおいて、面ヒータの一方の面
に形成されたガス感応部は、面ヒータからの熱伝導によ
って温度が上昇し、動作温度でガスに感応する。一方、
面ヒータの他方の面に形成された放射抑制層は、面ヒー
タのこの面からの熱放射を抑制する。したがって、面ヒ
ータへの投入電力を小さくしても、ガス感応部の温度を
一定の動作値に保持することができる。

［実施例コ 本発明の実施例に係るガスセンサを第１図及び第２図に
示す。ただし、第１図の垂直方向は、構成の説明上、実
際の厚さとは異なる厚さで描かれている。

ガスセンサ１のうち、符号２は、上下に３ＩＷＩＩＸ　
４　ｍｍの矩形面を有するＡ　ｌ　２　Ｏｓ製セラミッ
クヒータである。セラミックヒータ　２の上面には、２
．３ｍｍ四方の絶縁性を有するサファイア基板４が、無
機系接着剤によって接着される。

このサファイア基板４上には、ガスに感応して抵抗率が
変化する例えばＳ　ｎ　Ｏ２からなるｎ型半導体薄膜６
が、スパッタリング法により形成される。この薄膜６の
寸法は例えば１．８順四方であって、膜厚が１μｍであ
る。この薄膜６上には、二つの矩形の白金電極８，１０
が互いに離して形成される。符号１２は、例えばＳ　ｉ
　Ｏ２からなる絶縁性金属酸化物薄膜であって、各電極
８．１０間に露出しているｎ型半導体薄膜６を覆うよう
に、かつ各電極８．１０の上面の一部に接触するように
スパッタリング法により形成される。ｎ型半導体薄膜６
、電極８，１０及び絶縁性金属酸化物薄膜１２は、ガス
感応部１４を構成する。

なお、基板４は、サファイア製に限られず、その面上に
ｎ型半導体薄膜６を作成することができるものであれば
よい。また、ｎ型半導体薄膜６の構成材料は、ガスに感
応して抵抗率が変化するものであればよく、Ｚ　ｎ　Ｏ
−Ｃｒ　２０　ｓ、Ｆｅ　　Ｏ又はＴ　ｔ　Ｏ２のいず
れでもよい。電極８，１０の構成材料は、白金に限らず
、金、銀、アルミニウム等の電気伝導度の高いものであ
ればよい。なお、本実施例では、絶縁性金属酸化物薄膜
１２としてスパッタリング法により作成したＳ　ｉＯ２
薄膜を用いているため、この薄膜１２の付着力が大きく
、かつ規則正しい柱状構造を有する。

セラミックヒータ　２の下面には、放射抑制層１Ｂとし
て白金薄膜がスパッタリング法によって形成されている
。この白金薄膜は、例えば膜厚が１μｍである。本実施
例では放射抑制層１６をスパッタリング法によって作成
しているため、放射抑制層１６のセラミックヒータ　２
への付着力が大きい。この白金スパッタリング薄膜は表
面が円滑であって、Ａｌ２Ｏ３セラミックの放射率が約
１．０であるのに対し、これを約０．３に低減すること
ができる。なお、放射抑制層１６の構成材料は、放射率
が０．５以下の物質であればよく、白金に限らず、ロジ
ウム、パラジウム等であってもよい。白金、ロジウム及
びパラジウムは、適当な高さの融点を有するため薄膜化
が容易であり、作成した放射抑制用の薄膜がさびにくい
効果があるため、好都合である。放射抑制層１６の形成
プロセスは、スパッタリング法に限らず、例えば真空蒸
着、ＣＶＤ法、スパッタリング法以外のＰＶＤ法又は印
刷でもよい。

第２図に示すように、セラミックヒータ２の上面におい
て、対角線上の一組の隅には、リードフレーム２４．２
６がそれぞれ放射状に外方に伸びるように取付けられて
いる。また、他の一組の隅には、それぞれリードフレー
ム２８．３０が取付けられ、このセラミックヒータ２に
電力を供給することができるようにしている。電極８゜
ｌＯは、それぞれリードフレーム２４．　２８にボンデ
ィングワイヤ３２．３４によって接続されている。

４本のリードフレーム２４．２Ｂ、　２８．３０は、そ
れぞれ端子３６．３８．４０．４２に接続される。端子
３６゜３８は、信号出力端子であり、端子４０．４２は
、ヒ−少入力端子であって、それぞれ前記セラミックヒ
ータ２、この上に接着されたサファイヤ基板４及びこの
上のガス感応部１４を空中に保持している。４本の端子
３８．３＆、　４０．４２は、絶縁物からなるステム４
４を貫通するようにこれに固定されており、ガスセンサ
１の入出力ピンとして用いられる。なお、ステム４４よ
り上方の部分は、両図には図示しない防爆用キャップに
よって覆われる。

以上に説明したガスセンサ１を用いるとき、セラミック
ヒータ２には、ヒータ入力端子４０゜４２を通して定電
流が供給され、ガス感応部１４は、例えば５００℃の一
定動作温度に保持される。

信号出力端子３８に一定の抵抗値を有する固定抵抗器の
一端を接続し、この固定抵抗器の他端と信号出力端子３
Ｇとの間に直流定電圧を印加すると、信号出力端子３６
．３８間に一定の出力電圧が得られる。さて、前記動作
温度において、ｎ型半導体薄膜６がガスに感応すると、
その抵抗率が減少するから、ガス感応部１４の抵抗値が
減少する。このとき、前記出力電圧が減少し、ガスを検
出したことを外部に伝達することができる。

特に本実施例では、ｎ型半導体薄膜６上に絶縁性金属酸
化物薄膜１２を作成しているため、ｎ型半導体薄膜６に
到達するガス分子の量が絶縁性金属酸化物薄膜１２によ
って調整され、メタンガス及び水素ガスに対する感度が
同程度に高く、しかもエタノールに対する感度が低いガ
スセンサ１が得られる。したがって、このガスセンサ１
を都市ガス用ガスもれ警報器に用いる場合に、都市ガス
に含まれるメタンガス及び水素ガスをともに高感度で検
出することができる一方、調理時等に生じるエタノール
による警報器の誤動作を防止することができる。

さて、本実施例において放射抑制層１Ｂとして形成され
た白金スパッタリング薄膜の効果を実証するために、放
射抑制層１６を形成しないガスセンサを比較例として作
成し、ガス感応部１４の温度を４５０℃及び５００℃に
保持するためのヒータ投入電力をそれぞれ測定した。測
定の結果、比較例の消費電力は、４５０℃及び５００°
Ｃの動作温度において、それぞれ１．０８Ｗ及び１．２
７Ｗであった。これに対して、本発明の実施例に係るガ
スセンサでは、両温度において、それぞれ１．ＯＩＷ及
び１．１８Ｗであり、消費電力が６〜７％だけ低減され
ることが実証された。

なお、以上に説明した実施例では、ｎ型半導体薄膜６の
上に絶縁性金属酸化物薄膜１２を作成していたが、ガス
感応部１４の構造はこれに限らず、絶縁性金属酸化物薄
膜１２を作成しないものについても同様のヒータ電力低
減効果が得られることはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明は、面ヒータにおいてガス感応部が形成された面
とは反対側の面に、放射率が０．５以下の物質からなる
放射抑制層を形成したものであるから、面ヒータの一方
の面に形成された放射抑制層によって面ヒータからの熱
放射を抑制しながら、面ヒータの他方の面に形成された
ガス感応部の温度を上昇させることができ、したがって
、ヒータの消費電力が小さいガスセンサを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るガスセンサを側面から見
たＩ−Ｉ断面図であり、第２図は前図のガスセンサの平
面図である。 符号の説明 ■・・・ガスセンサ、２・・・セラミックヒータ、４・
・、基板、６・・・ｎ型半導体薄膜、８，１０・・・電
極、１２・・・絶縁性金属酸化物薄膜、１４・・・ガス
感応部、１６・・・放射抑制層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、面ヒータの一方の面にガス感応部が形成されたガス
   センサにおいて、前記ヒータの他方の面に放射率が０．
   ５以下の物質からなる放射抑制層を形成したことを特徴
   とするガスセンサ。