JPH03131749A - 水素ガスセンサ - Google Patents
水素ガスセンサInfo
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- JPH03131749A JPH03131749A JP1270111A JP27011189A JPH03131749A JP H03131749 A JPH03131749 A JP H03131749A JP 1270111 A JP1270111 A JP 1270111A JP 27011189 A JP27011189 A JP 27011189A JP H03131749 A JPH03131749 A JP H03131749A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガスセンサの構造に関するものである、従来の
イオン感応電界効果型トランジスタ(以下ISFET)
を用いたガスセンサを第1図に示す、ガス透過性膜Fで
隔てた中にPH一定の内部液PVAを保持しこの中にI
SFETと作用電極Wを配置した。ここで内部液のPH
が一定という条件下では、ISFETのゲートGは絶縁
物の基準電極とみなせると同時にISFET自身はイン
ピーダンス変換器として動作している。このような構成
で、外部から溶は込んだ溶存ガスにより作用極Wの電位
が変化するのをソースフォロワ−回路にて読み取るよう
にしたものである。したがって、ガス透過性膜Fで隔て
た中にPH一定の内部液を保持するような構成が必要で
あったので酸素ガスを検知することは出来るが、PHを
変動させるような水素ガスを検知しようとすると不都合
であった。
イオン感応電界効果型トランジスタ(以下ISFET)
を用いたガスセンサを第1図に示す、ガス透過性膜Fで
隔てた中にPH一定の内部液PVAを保持しこの中にI
SFETと作用電極Wを配置した。ここで内部液のPH
が一定という条件下では、ISFETのゲートGは絶縁
物の基準電極とみなせると同時にISFET自身はイン
ピーダンス変換器として動作している。このような構成
で、外部から溶は込んだ溶存ガスにより作用極Wの電位
が変化するのをソースフォロワ−回路にて読み取るよう
にしたものである。したがって、ガス透過性膜Fで隔て
た中にPH一定の内部液を保持するような構成が必要で
あったので酸素ガスを検知することは出来るが、PHを
変動させるような水素ガスを検知しようとすると不都合
であった。
本発明は上記の欠点を克服し水素ガスのようなものでも
検知可能にすることを目的としている。
検知可能にすることを目的としている。
本発明はプロトン導電性固体電解質(プロトン導電体)
を用いたガスセンサを実現しようとするものである。プ
ロトン導電体としてはアンチモン酸リン酸ウラニル、リ
ン酸ジルコニウム、12−モリブドリン酸、ナフィオン
(デュポン社製)、β−アルミナなどがあり、キャリア
ーがブロトニであり、常温でもlXl0−’S/cm以
上といゴ高イオン導電性を示すことが特徴である。本発
明はプロトン導電体を用いた新規のボテンシオメトリッ
クな電界効果トランジスタ(FET)ffiのラスセン
サを実現しようとするものである1本セニサの原理構成
は、MOSFET及びISFET壱用いたボテンシオメ
トリックなガスセンサで、り一ト膜上に金属を被着した
MOSFET、又は、ゲート膜上に金属を被着しないI
SFETのい1れかのFETと作用電極(検知極ともい
う)とをプロトン導電体で被服したことを特徴とするガ
スセンサであり、センサの回路構成をソースフォロワに
し、ゲート部の電位変化をソース電位の責任として出力
を取り出すような構成を特徴としてする。第2図は本発
明の一実施例構造を示す断面はで、1は半導体(Si)
基板、2は分離領域、3はソース領域、4はドレイン領
域、5は絶縁膜(ゲート膜)、G2はゲート電極(白金
)、6はプロトン導電体である。この実施例ではプロト
ン導電体6としてアンチモン酸を用い、これとポリビニ
ールアルコール(PVA重合度500)とを混合したペ
ースト状のもので、MOSFETのゲート膜上の金属を
除去し窒化シリコンをゲート膜5としたISFETと、
これに近接して配置された商標] ロンなどのガス透過性膜Fで被覆した構成になっ叡零雰
##、白金作用電極に達するとそれに応じて電位変化が
起きる。この時、FETのゲート窒化膜上でも発生電位
が変化する。このゲート部の電位変化をソースフォロワ
にてソース電位変化として取出す、第3図(a)(b)
は本発明の出力特性図で(a)図は水素濃度に対するI
SFETの電流電圧特性図、又(b)図は水素濃度に対
するセンサ出力特性図である。特性図(a)から明らか
なように水素濃度に応じてゲート、ソース間電圧(Vg
s)が変化して電流(Id)が変化する。又、(b)図
の如く水素濃度に対して約244 m V / d e
c a d eの傾きの直線的な依存性を示している
。応答速度は2〜3分であり実用上十分である。この約
244mV/d e c ad eという値は、白金作
用電極での電位変化の他に、FETの窒化シリコンゲー
ト膜上でのプロトン蓄積による電位変化もプラスされた
もので、見かけ上の感度が大きくなるので好都合である
。
を用いたガスセンサを実現しようとするものである。プ
ロトン導電体としてはアンチモン酸リン酸ウラニル、リ
ン酸ジルコニウム、12−モリブドリン酸、ナフィオン
(デュポン社製)、β−アルミナなどがあり、キャリア
ーがブロトニであり、常温でもlXl0−’S/cm以
上といゴ高イオン導電性を示すことが特徴である。本発
明はプロトン導電体を用いた新規のボテンシオメトリッ
クな電界効果トランジスタ(FET)ffiのラスセン
サを実現しようとするものである1本セニサの原理構成
は、MOSFET及びISFET壱用いたボテンシオメ
トリックなガスセンサで、り一ト膜上に金属を被着した
MOSFET、又は、ゲート膜上に金属を被着しないI
SFETのい1れかのFETと作用電極(検知極ともい
う)とをプロトン導電体で被服したことを特徴とするガ
スセンサであり、センサの回路構成をソースフォロワに
し、ゲート部の電位変化をソース電位の責任として出力
を取り出すような構成を特徴としてする。第2図は本発
明の一実施例構造を示す断面はで、1は半導体(Si)
基板、2は分離領域、3はソース領域、4はドレイン領
域、5は絶縁膜(ゲート膜)、G2はゲート電極(白金
)、6はプロトン導電体である。この実施例ではプロト
ン導電体6としてアンチモン酸を用い、これとポリビニ
ールアルコール(PVA重合度500)とを混合したペ
ースト状のもので、MOSFETのゲート膜上の金属を
除去し窒化シリコンをゲート膜5としたISFETと、
これに近接して配置された商標] ロンなどのガス透過性膜Fで被覆した構成になっ叡零雰
##、白金作用電極に達するとそれに応じて電位変化が
起きる。この時、FETのゲート窒化膜上でも発生電位
が変化する。このゲート部の電位変化をソースフォロワ
にてソース電位変化として取出す、第3図(a)(b)
は本発明の出力特性図で(a)図は水素濃度に対するI
SFETの電流電圧特性図、又(b)図は水素濃度に対
するセンサ出力特性図である。特性図(a)から明らか
なように水素濃度に応じてゲート、ソース間電圧(Vg
s)が変化して電流(Id)が変化する。又、(b)図
の如く水素濃度に対して約244 m V / d e
c a d eの傾きの直線的な依存性を示している
。応答速度は2〜3分であり実用上十分である。この約
244mV/d e c ad eという値は、白金作
用電極での電位変化の他に、FETの窒化シリコンゲー
ト膜上でのプロトン蓄積による電位変化もプラスされた
もので、見かけ上の感度が大きくなるので好都合である
。
第4図に本発明の他の例を示す、これは、金属に依って
ガス応答が違うという事実に基ずいている。例えば銀電
極や金電極は水素ガス(こ対して比較的不活性であり、
白金電極の場合は水素に対して大きな電位応答を示す。
ガス応答が違うという事実に基ずいている。例えば銀電
極や金電極は水素ガス(こ対して比較的不活性であり、
白金電極の場合は水素に対して大きな電位応答を示す。
したがって、この金電極と白金電極との出力の差をとれ
ば十分な出力電圧が得られる。この出力電圧はMOSF
ETのゲート膜上の金属とこれに隣接して配置した金属
電極とで別々の金属を付けた構成で、ソースフォロワ回
路によりFETのソース電圧により出力することができ
る。この例ではMOSFETのゲート膜上に白金G、を
被着し、基準電極G2として金電極を上記のゲート金属
の近傍に配線する。そして、この2金属をプロトン導電
体6で覆い、この上をガス透過膜Fで覆うことで水素ガ
スセンサが実現できる。プロトン導電体6としてはアン
チモン酸とポリビニールアルコール(PVA重合度50
o)とを混合したペースト状のものを用いた。更に、外
部の湿度の影響を低減するために多孔性テフロンなどの
ガス透過性膜Fで被覆した構成になってぃれぞれに電位
変化が起きる。こ二C金属電極G2は水素ガスに対して
不活性であるのでほとんど電位変化が見られない、2種
類の金属電極の電位変化量には差があるから、回路構成
をソースフォロワとすることで、ソース電位の変化で水
素ガスの濃度を表わすことができる。この例では作用電
極である白金をゲートG、に付け、これに隣接して基準
電極G2となる金を配置したが、この逆の構成でもよい
。
ば十分な出力電圧が得られる。この出力電圧はMOSF
ETのゲート膜上の金属とこれに隣接して配置した金属
電極とで別々の金属を付けた構成で、ソースフォロワ回
路によりFETのソース電圧により出力することができ
る。この例ではMOSFETのゲート膜上に白金G、を
被着し、基準電極G2として金電極を上記のゲート金属
の近傍に配線する。そして、この2金属をプロトン導電
体6で覆い、この上をガス透過膜Fで覆うことで水素ガ
スセンサが実現できる。プロトン導電体6としてはアン
チモン酸とポリビニールアルコール(PVA重合度50
o)とを混合したペースト状のものを用いた。更に、外
部の湿度の影響を低減するために多孔性テフロンなどの
ガス透過性膜Fで被覆した構成になってぃれぞれに電位
変化が起きる。こ二C金属電極G2は水素ガスに対して
不活性であるのでほとんど電位変化が見られない、2種
類の金属電極の電位変化量には差があるから、回路構成
をソースフォロワとすることで、ソース電位の変化で水
素ガスの濃度を表わすことができる。この例では作用電
極である白金をゲートG、に付け、これに隣接して基準
電極G2となる金を配置したが、この逆の構成でもよい
。
このように本センサの構造は、ISFETを用いている
ので超小型の水素センサを実現することができ、種々の
プロトン導電体を用いることにより種々のガスセンサが
できる。更に、本発明の構成はIC技術を用いているの
で小型化しやすく量産に富み安価に生産できるのでその
効果は大である
ので超小型の水素センサを実現することができ、種々の
プロトン導電体を用いることにより種々のガスセンサが
できる。更に、本発明の構成はIC技術を用いているの
で小型化しやすく量産に富み安価に生産できるのでその
効果は大である
第1図は従来のISFETを用いたボテンシオメトリ−
による酸素センサの構成図、第2図、第3図は本発明の
一実施例構造図及びその出力特性図、第4図は本発明の
他の実施例構造図である。 図中、1は半導体基体、2は分離領域、3はドレイン領
域、4はソース領域、5は絶縁膜、6はプロトン導電体
、G1はゲート電極、G2は基準電極Sはソース電極、
Dはドレイン電極、Fはガス透過膜、Wは作用電極であ
る。
による酸素センサの構成図、第2図、第3図は本発明の
一実施例構造図及びその出力特性図、第4図は本発明の
他の実施例構造図である。 図中、1は半導体基体、2は分離領域、3はドレイン領
域、4はソース領域、5は絶縁膜、6はプロトン導電体
、G1はゲート電極、G2は基準電極Sはソース電極、
Dはドレイン電極、Fはガス透過膜、Wは作用電極であ
る。
Claims (2)
- (1)MOS電界効果トランジスタ、又は、イオン感応
電界効果トランジスタをソースフォロワ回路構成にし、
ゲート部の変化をソース電位の変化として出力を取り出
す構成のガスセンサにおいて、前記MOSFET、又は
、ISFETのゲート部と作用電極部とをプロトン導電
体で被覆したことを特徴とする水素ガスセンサ。 - (2)プロトン導電体上をガス透過性膜で被服したこと
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の水素ガス
センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1270111A JPH03131749A (ja) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | 水素ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1270111A JPH03131749A (ja) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | 水素ガスセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03131749A true JPH03131749A (ja) | 1991-06-05 |
Family
ID=17481693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1270111A Pending JPH03131749A (ja) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | 水素ガスセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03131749A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005103666A1 (de) * | 2004-04-22 | 2005-11-03 | Micronas Gmbh | Fet-basierter gassensor |
DE102004047427A1 (de) * | 2004-09-28 | 2006-04-06 | Sensor- Data Instruments E.K. | Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung der Sauerstoffpermeation |
US7459732B2 (en) | 2005-03-31 | 2008-12-02 | Micronas Gmbh | Gas-sensitive field-effect transistor with air gap |
US7553458B2 (en) | 2001-03-05 | 2009-06-30 | Micronas Gmbh | Alcohol sensor using the work function measurement principle |
US7772617B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-08-10 | Micronas Gmbh | Gas sensitive field-effect-transistor |
US7946153B2 (en) | 2004-04-22 | 2011-05-24 | Micronas Gmbh | Method for measuring gases and/or minimizing cross sensitivity in FET-based gas sensors |
US7992426B2 (en) | 2004-04-22 | 2011-08-09 | Micronas Gmbh | Apparatus and method for increasing the selectivity of FET-based gas sensors |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6459049A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Daikin Ind Ltd | Gaseous carbon monoxide sensor |
JPH01127943A (ja) * | 1987-11-12 | 1989-05-19 | Daikin Ind Ltd | 可燃性ガスセンサ |
-
1989
- 1989-10-17 JP JP1270111A patent/JPH03131749A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102004047427A1 (de) * | 2004-09-28 | 2006-04-06 | Sensor- Data Instruments E.K. | Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung der Sauerstoffpermeation |
DE102004047427B4 (de) * | 2004-09-28 | 2008-07-03 | Sensor- Data Instruments E.K. | Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung der Sauerstoffpermeation |
US7459732B2 (en) | 2005-03-31 | 2008-12-02 | Micronas Gmbh | Gas-sensitive field-effect transistor with air gap |
US7772617B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-08-10 | Micronas Gmbh | Gas sensitive field-effect-transistor |
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