JPH0342625B2 - - Google Patents
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- JPH0342625B2 JPH0342625B2 JP59012575A JP1257584A JPH0342625B2 JP H0342625 B2 JPH0342625 B2 JP H0342625B2 JP 59012575 A JP59012575 A JP 59012575A JP 1257584 A JP1257584 A JP 1257584A JP H0342625 B2 JPH0342625 B2 JP H0342625B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—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
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は窒素酸化物の量を検出する窒素酸化
物検出素子に関するものである。
物検出素子に関するものである。
大気汚染物質として環境衛生上その排出基準が
規制されている窒素酸化物としてはNO、N2O3、
NO2、N2O4、N2O5など種々のガスがあるが、液
体燃焼ボイラーなどから排出されるガスとしては
とくにNOすなわち一酸化窒素とNO2すなわち二
酸化窒素が挙げられ、一般にNOとNO2とを合わ
せてNOxと称しており、その割合はNOが90％以
上であると言われている。
規制されている窒素酸化物としてはNO、N2O3、
NO2、N2O4、N2O5など種々のガスがあるが、液
体燃焼ボイラーなどから排出されるガスとしては
とくにNOすなわち一酸化窒素とNO2すなわち二
酸化窒素が挙げられ、一般にNOとNO2とを合わ
せてNOxと称しており、その割合はNOが90％以
上であると言われている。
またNOとNO2とは性質が異なり、従つて定量
するばあいには、いずれか一方の化学形にする必
要がある。そしてNOの形にして分析する方法と
しては赤外線吸収法および化学発光法があり、ま
たNO2の形にして分析する方法には紫外線吸収
法およびザルツマン法などがある。しかしこれら
の分析法はいずれも高価な分析機器を使用し、し
かも複雑な分析作業をする必要がある。
するばあいには、いずれか一方の化学形にする必
要がある。そしてNOの形にして分析する方法と
しては赤外線吸収法および化学発光法があり、ま
たNO2の形にして分析する方法には紫外線吸収
法およびザルツマン法などがある。しかしこれら
の分析法はいずれも高価な分析機器を使用し、し
かも複雑な分析作業をする必要がある。
そこで従来は金属酸化物半導体を用いたNO2
ガス検出素子が用いられ、その薄膜としてV2O5
すなわち五酸化バナジウム系薄膜が発表されてい
るがこの薄膜は化学的に不安定である。
ガス検出素子が用いられ、その薄膜としてV2O5
すなわち五酸化バナジウム系薄膜が発表されてい
るがこの薄膜は化学的に不安定である。
またNOガスに対してはSnO2すなわち酸化錫が
用いられている。このSnO2はすでに燃料用ガス
センサーとして一般に使用されており、感度が高
い反面化学的に不安定なために定量には用いられ
ない。
用いられている。このSnO2はすでに燃料用ガス
センサーとして一般に使用されており、感度が高
い反面化学的に不安定なために定量には用いられ
ない。
そこでIn2O3すなわち酸化インジウム薄膜を用
いることを試みたが、In2O3は単独でもNOxガス
に対して高感度を示し、また安定性においても
SnO2より優れているものの長期間にわたる安定
性および寿命の点でかなりの問題が残る欠点があ
る。
いることを試みたが、In2O3は単独でもNOxガス
に対して高感度を示し、また安定性においても
SnO2より優れているものの長期間にわたる安定
性および寿命の点でかなりの問題が残る欠点があ
る。
この発明はこのような観点に立つて従来技術の
問題点を解決しようとするもので、とくに高い感
度を有し、かつ長期にわたつて化学的に安定した
窒素酸化物検出素子を得、もつてNOxの濃度を
簡便な、かつ安価な方法により検出しうることを
目的とするものである。
問題点を解決しようとするもので、とくに高い感
度を有し、かつ長期にわたつて化学的に安定した
窒素酸化物検出素子を得、もつてNOxの濃度を
簡便な、かつ安価な方法により検出しうることを
目的とするものである。
この発明はその目的を達成するために、絶縁性
基板上に一対の電極を設けるとともにその基板上
には酸化インジウムに酸化ガドリニウムを重量比
にして0.5〜0.45％混合した組成の金属酸化物半
導体薄膜を高周波スパツタリングによりその一対
の電極を覆うように形成したものである。
基板上に一対の電極を設けるとともにその基板上
には酸化インジウムに酸化ガドリニウムを重量比
にして0.5〜0.45％混合した組成の金属酸化物半
導体薄膜を高周波スパツタリングによりその一対
の電極を覆うように形成したものである。
以下図によつてこの発明の一実施例を説明す
る。
る。
すなわち第１図において絶縁性の基板１はアル
ミナあるいはマグネシアのような絶縁材料により
厚さ0.5mm程度の板状に形成したもので、この基
板の一方の面には一対の金電極２，３が形成され
ている。この電極は複数の平行な歯４，４とこれ
らの歯をその一端においてたがいに連結する連結
部５とにより構成され、一方の電極２の各歯４と
他方の電極３の各歯４とは交互に、かつ平行にか
み合うように配列され、かつ両連結部５，５はた
がいに離間する位置、すなわち基板１の両端部に
位置するようにされている。さらに両電極２，３
にはリード線６，７が接続されている。また基板
１上には酸化インジウムに酸化ガドリニウムを重
量比にして0.5〜0.45％混合した組成の金属酸化
物半導体薄膜１１が高周波スパツタリングによ
り、電極２，３を覆うように形成されている。
ミナあるいはマグネシアのような絶縁材料により
厚さ0.5mm程度の板状に形成したもので、この基
板の一方の面には一対の金電極２，３が形成され
ている。この電極は複数の平行な歯４，４とこれ
らの歯をその一端においてたがいに連結する連結
部５とにより構成され、一方の電極２の各歯４と
他方の電極３の各歯４とは交互に、かつ平行にか
み合うように配列され、かつ両連結部５，５はた
がいに離間する位置、すなわち基板１の両端部に
位置するようにされている。さらに両電極２，３
にはリード線６，７が接続されている。また基板
１上には酸化インジウムに酸化ガドリニウムを重
量比にして0.5〜0.45％混合した組成の金属酸化
物半導体薄膜１１が高周波スパツタリングによ
り、電極２，３を覆うように形成されている。
なお十分な厚さの金電極２，３を形成するため
には、金を含むペーストを基板１の表面にスクリ
ーン印刷によつて形成し、これを950℃前後の温
度で焼付けるのが好ましく、これによつて20mμ
程度の厚い金の膜を形成することができる。
には、金を含むペーストを基板１の表面にスクリ
ーン印刷によつて形成し、これを950℃前後の温
度で焼付けるのが好ましく、これによつて20mμ
程度の厚い金の膜を形成することができる。
また第３図はこのようにして得られた検出素子
１０を取付けベース１２に取付けたもので、この
ベースは複数個のステム１３ａ〜１３ｄを有し、
これらのステムの中、一対のステム１３ａ，１３
ｂ検出素子１０のリード線６，７がそれぞれスポ
ツト溶接により接続される。また検出素子１０の
外周にはたとえば3.5〜4.5Ωの抵抗値を有するニ
クロム線からなるヒーター１４が巻装され、この
ヒーターの両端部はステム１３ｃ，１３ｄにそれ
ぞれ接続される。さらにこのヒーターに３〜6V
の電圧を印加することによつて360℃前後の温度
に発熱させることができ、これによつて検出素子
１０を急速に加熱することができる。なおヒータ
ー１４は基板１の他方の面上に配設することがで
き、このばあい検出素子１０はさらに均一に加熱
される。なおヒーター１４は、これを腐食性ガス
から保護するために、アルミナコーテイングを施
しておくのが好ましい。
１０を取付けベース１２に取付けたもので、この
ベースは複数個のステム１３ａ〜１３ｄを有し、
これらのステムの中、一対のステム１３ａ，１３
ｂ検出素子１０のリード線６，７がそれぞれスポ
ツト溶接により接続される。また検出素子１０の
外周にはたとえば3.5〜4.5Ωの抵抗値を有するニ
クロム線からなるヒーター１４が巻装され、この
ヒーターの両端部はステム１３ｃ，１３ｄにそれ
ぞれ接続される。さらにこのヒーターに３〜6V
の電圧を印加することによつて360℃前後の温度
に発熱させることができ、これによつて検出素子
１０を急速に加熱することができる。なおヒータ
ー１４は基板１の他方の面上に配設することがで
き、このばあい検出素子１０はさらに均一に加熱
される。なおヒーター１４は、これを腐食性ガス
から保護するために、アルミナコーテイングを施
しておくのが好ましい。
上記構成における検出素子のNOガスに接触し
ないときの抵抗をR0、NOガス100ppMに接触し
たときの抵抗値をR100とするとNOガス100ppM
における検出素子の感度Ｓは次の式で表わされ
る。
ないときの抵抗をR0、NOガス100ppMに接触し
たときの抵抗値をR100とするとNOガス100ppM
における検出素子の感度Ｓは次の式で表わされ
る。
Ｓ＝（R100−R0）／R0
一方第４図にはNOガスを0ppMから100ppMま
で変化したときの検出素子の抵抗変化が示されて
おり、このグラフからR0＝1800Ω、R100＝5100
Ωで、したがつてNOガス100ppMにおける感度
Ｓは Ｓ＝（5100−1800）／1800 ＝1.8 となり、初期の抵抗値R0に対して1.8倍変化し
たことを意味する。
で変化したときの検出素子の抵抗変化が示されて
おり、このグラフからR0＝1800Ω、R100＝5100
Ωで、したがつてNOガス100ppMにおける感度
Ｓは Ｓ＝（5100−1800）／1800 ＝1.8 となり、初期の抵抗値R0に対して1.8倍変化し
たことを意味する。
感度と抵抗値は金属酸化物半導体薄膜の膜厚と
酸化ガドリニウムの添加量で任意に変化させるこ
とができるが、経年変化におけるもつとも安定な
感度は第５図から分かるように1.8倍前後である。
酸化ガドリニウムの添加量で任意に変化させるこ
とができるが、経年変化におけるもつとも安定な
感度は第５図から分かるように1.8倍前後である。
第５図には感度1.8の検出素子の経年変化が示
されている。このグラフは検出素子を150℃の雰
囲気中に連続して置き、その感度を週１回測定
し、１ケ月の平均値を示したものである。
されている。このグラフは検出素子を150℃の雰
囲気中に連続して置き、その感度を週１回測定
し、１ケ月の平均値を示したものである。
第６図は金属酸化物半導体薄膜１１の組成にお
ける酸化ガドリニウムの混合比と感度との関係を
示すもので、この図から酸化ガドリニウムの混合
比が重量比にして0.5〜0.45％の領域において高
い感度を有し、その領域以外における感度は低い
ことが分かる。
ける酸化ガドリニウムの混合比と感度との関係を
示すもので、この図から酸化ガドリニウムの混合
比が重量比にして0.5〜0.45％の領域において高
い感度を有し、その領域以外における感度は低い
ことが分かる。
そこで、酸化ガドリニウムの重量比が0.5〜
0.45％の領域における感度がその領域以外におけ
る感度に比し高いことについての理論的解析を試
みたが未だ解決に至つていない。
0.45％の領域における感度がその領域以外におけ
る感度に比し高いことについての理論的解析を試
みたが未だ解決に至つていない。
ただ、金属酸化物半導体を焼成により形成した
もの、あるいは塗布したものにおいては、可燃性
ガスを検出することはできるが、窒素酸化物に対
してはほとんど応答しないことは実験の結果判明
している。
もの、あるいは塗布したものにおいては、可燃性
ガスを検出することはできるが、窒素酸化物に対
してはほとんど応答しないことは実験の結果判明
している。
そこでこの発明は酸化インジウムに酸化ガドリ
ニウムを試行錯誤的に混合し、その値が重量比に
して0.5〜0.45％で、かつこれを電極上に高周波
スパツタリングにより金属酸化物半導体薄膜とし
て形成したときに、とくに高い感度の窒素酸化物
検出素子が得られたもので、この結果から推測す
るとき、酸化ガドリニウムの混合比と、金属酸化
物半導体薄膜１１の形成法およびその厚さとの間
に密接な関係があるように思われる。
ニウムを試行錯誤的に混合し、その値が重量比に
して0.5〜0.45％で、かつこれを電極上に高周波
スパツタリングにより金属酸化物半導体薄膜とし
て形成したときに、とくに高い感度の窒素酸化物
検出素子が得られたもので、この結果から推測す
るとき、酸化ガドリニウムの混合比と、金属酸化
物半導体薄膜１１の形成法およびその厚さとの間
に密接な関係があるように思われる。
またこの発明における検出素子はNOガスと
NO2ガスの両方に対してそれぞれ所定の感度を
有しているが、上記実施例においてはNOガスに
ついてのみ説明した。
NO2ガスの両方に対してそれぞれ所定の感度を
有しているが、上記実施例においてはNOガスに
ついてのみ説明した。
この発明は上述のように絶縁性基板の表面に一
対の電極を設けるとともに基板上には酸化インジ
ウムに酸化ガドリニウムを重量比にして0.5〜
0.45％混合した組成の金属酸化物半導体薄膜を高
周波スパツタリングにより電極を覆うように形成
したので、感度の極めて良好な、かつ安定性の高
い、しかも寿命の長い検出素子を得ることができ
る。
対の電極を設けるとともに基板上には酸化インジ
ウムに酸化ガドリニウムを重量比にして0.5〜
0.45％混合した組成の金属酸化物半導体薄膜を高
周波スパツタリングにより電極を覆うように形成
したので、感度の極めて良好な、かつ安定性の高
い、しかも寿命の長い検出素子を得ることができ
る。
第１図はこの発明における窒素酸化物検出素子
の一実施例を示す外観斜視図、第２図は断面図、
第３図はその検出素子をセンサーとして組付けた
状態の斜視図、第４図は検出素子の抵抗変化を示
すグラフ、第５図は検出素子の経年変化を示すグ
ラフ、第６図は金属酸化物半導体薄膜の組成にお
ける酸化ガドリニウムの重量比と感度との関係を
示す特性図である。 １…基板、２，３…電極、４…歯、５…連結
部、６，７…リード線、１０…検出素子、１１…
金属酸化物半導体薄膜、１２…取付けベース、１
３…ステム。
の一実施例を示す外観斜視図、第２図は断面図、
第３図はその検出素子をセンサーとして組付けた
状態の斜視図、第４図は検出素子の抵抗変化を示
すグラフ、第５図は検出素子の経年変化を示すグ
ラフ、第６図は金属酸化物半導体薄膜の組成にお
ける酸化ガドリニウムの重量比と感度との関係を
示す特性図である。 １…基板、２，３…電極、４…歯、５…連結
部、６，７…リード線、１０…検出素子、１１…
金属酸化物半導体薄膜、１２…取付けベース、１
３…ステム。
Claims (1)
- １ 絶縁性基板の表面に一対の電極を設けるとと
もに上記基板上には酸化インジウムに酸化ガドリ
ニウムを重量比にして0.5〜0.45％混合した組成
の金属酸化物半導体薄膜を高周波スパツタリング
により上記電極を覆うように形成したことを特徴
とする窒素酸化物検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257584A JPS60155956A (ja) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | 窒素酸化物検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257584A JPS60155956A (ja) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | 窒素酸化物検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60155956A JPS60155956A (ja) | 1985-08-16 |
| JPH0342625B2 true JPH0342625B2 (ja) | 1991-06-27 |
Family
ID=11809153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1257584A Granted JPS60155956A (ja) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | 窒素酸化物検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60155956A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5679950A (en) * | 1979-12-04 | 1981-06-30 | Matsushita Electric Works Ltd | Combustible gas detecting element |
-
1984
- 1984-01-26 JP JP1257584A patent/JPS60155956A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5679950A (en) * | 1979-12-04 | 1981-06-30 | Matsushita Electric Works Ltd | Combustible gas detecting element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60155956A (ja) | 1985-08-16 |
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