JPH04233444A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPH04233444A JPH04233444A JP2416308A JP41630890A JPH04233444A JP H04233444 A JPH04233444 A JP H04233444A JP 2416308 A JP2416308 A JP 2416308A JP 41630890 A JP41630890 A JP 41630890A JP H04233444 A JPH04233444 A JP H04233444A
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- silicon substrate
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素センサに係り、と
くに、電子燃料噴射方式エンジンにおける空燃比センサ
等として好適な酸素センサに関する。
くに、電子燃料噴射方式エンジンにおける空燃比センサ
等として好適な酸素センサに関する。
【０００２】
【背景技術】現在、実用化されている酸素センサの大半
は、安定化ジルコニアを固体電解質とし、電極として白
金を用いたものである。即ち、安定化ジルコニアは、Ｚ
ｒＯ２にＣａ Ｏ等を置換固溶された等軸晶系のセラミ
ックスで、高温において酸素イオン導電体となり固体電
解質となる。図４は、この安定化ジルコニアを用いたジ
ルコニア酸素センサの検出原理を説明するための図であ
る。 図４において、固体電解質２０の両面には、ガス透過性
のある多孔質の白金（Ｐｔ ）電極２１，２２が設けら
れており、４００℃以上に保持した状態で、固体電解質
２０の両側に、酸素濃度の異なるガスを供給すると、図
中矢印で示す如く酸素ガス濃度の高い側から低い側に向
かって、酸素がイオンの形で移動し、いわゆる濃淡電池
が構成される。その結果、両電極２１，２２間に酸素ガ
ス濃度の差に応じた起電力Ｅが発生する。従って、一方
に酸素ガス濃度が既知の気体（空気等）を用いれば、他
方の測定気体中の酸素ガス濃度を求めることができる。 このほか、現在では、高周波スパッタリング法により成
膜された三フッ化ランタン（ＬａＦ３）を固体電解質と
して使用する酸素センサが、実験段階ではあるが開発さ
れている。
は、安定化ジルコニアを固体電解質とし、電極として白
金を用いたものである。即ち、安定化ジルコニアは、Ｚ
ｒＯ２にＣａ Ｏ等を置換固溶された等軸晶系のセラミ
ックスで、高温において酸素イオン導電体となり固体電
解質となる。図４は、この安定化ジルコニアを用いたジ
ルコニア酸素センサの検出原理を説明するための図であ
る。 図４において、固体電解質２０の両面には、ガス透過性
のある多孔質の白金（Ｐｔ ）電極２１，２２が設けら
れており、４００℃以上に保持した状態で、固体電解質
２０の両側に、酸素濃度の異なるガスを供給すると、図
中矢印で示す如く酸素ガス濃度の高い側から低い側に向
かって、酸素がイオンの形で移動し、いわゆる濃淡電池
が構成される。その結果、両電極２１，２２間に酸素ガ
ス濃度の差に応じた起電力Ｅが発生する。従って、一方
に酸素ガス濃度が既知の気体（空気等）を用いれば、他
方の測定気体中の酸素ガス濃度を求めることができる。 このほか、現在では、高周波スパッタリング法により成
膜された三フッ化ランタン（ＬａＦ３）を固体電解質と
して使用する酸素センサが、実験段階ではあるが開発さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ジ
ルコニア酸素センサにあっては、４００℃程度の高温に
保持しなければ安定化ジルコニアの酸素イオン導電性が
十分に得られないので、排気ガス等の高温ガスの測定に
は適しているが、常温における酸素濃度の測定には不向
きであるという欠点があった。また、このジルコニア酸
素センサでは、その測定原理から明らかなように、両方
の電極をガス中に臨ませる必要があり、しかも、その一
方が酸素ガス濃度が既知の気体である必要があるので、
その取り付けに際して制約が多く、汎用性にかけるとい
う不都合があった。この一方、三フッ化ランタン（Ｌａ
Ｆ３）を固体電解質として使用する酸素センサにあって
は、三フッ化ランタンの十分な特性を示す成膜が困難で
あることから、製造に困難が伴い、歩留まりが悪いこと
が予想される。
ルコニア酸素センサにあっては、４００℃程度の高温に
保持しなければ安定化ジルコニアの酸素イオン導電性が
十分に得られないので、排気ガス等の高温ガスの測定に
は適しているが、常温における酸素濃度の測定には不向
きであるという欠点があった。また、このジルコニア酸
素センサでは、その測定原理から明らかなように、両方
の電極をガス中に臨ませる必要があり、しかも、その一
方が酸素ガス濃度が既知の気体である必要があるので、
その取り付けに際して制約が多く、汎用性にかけるとい
う不都合があった。この一方、三フッ化ランタン（Ｌａ
Ｆ３）を固体電解質として使用する酸素センサにあって
は、三フッ化ランタンの十分な特性を示す成膜が困難で
あることから、製造に困難が伴い、歩留まりが悪いこと
が予想される。
【０００４】
【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、とくに、製造が容易でかつ常温で使用
できる酸素センサを提供することにある。
不都合を改善し、とくに、製造が容易でかつ常温で使用
できる酸素センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、一方の面側に
所定間隔を隔てて第１および第２のｐ型シリコン領域を
有するｎ型シリコン基板と、このｎ型シリコン基板の一
方の面の第１および第２のｐ型シリコン領域の中間部に
絶縁膜を介して設けられた多孔質の白金の層とを有する
という構成を採り、これによって前述した目的を達成し
ようとするものである。
所定間隔を隔てて第１および第２のｐ型シリコン領域を
有するｎ型シリコン基板と、このｎ型シリコン基板の一
方の面の第１および第２のｐ型シリコン領域の中間部に
絶縁膜を介して設けられた多孔質の白金の層とを有する
という構成を採り、これによって前述した目的を達成し
ようとするものである。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【０００７】図１には、本実施例の酸素センサの断面構
造が示されている。この酸素センサ１は、一方の面（図
における上面）側に所定間隔を隔てて第１および第２の
ｐ型シリコン領域３，４を有するｎ型シリコン基板２と
、このｎ型シリコン基板２の一方の面の第１および第２
のｐ型シリコン領域３，４の中間部に絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ２）５を介して設けられた多孔質
の白金（「白金黒」と呼ばれる。）の層６とを有してい
る。ここで、シリコン酸化膜５はｎ型シリコンの熱酸化
により成膜し、白金の層６は、高周波スパッタ法により
多孔質にして成膜する。この酸素センサは、図１からい
わゆるｐＭＯＳＦＥＴ（ｐチャンネルの絶縁ゲート型電
界効果トランジスタ）を構成していることがわかる。
造が示されている。この酸素センサ１は、一方の面（図
における上面）側に所定間隔を隔てて第１および第２の
ｐ型シリコン領域３，４を有するｎ型シリコン基板２と
、このｎ型シリコン基板２の一方の面の第１および第２
のｐ型シリコン領域３，４の中間部に絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ２）５を介して設けられた多孔質
の白金（「白金黒」と呼ばれる。）の層６とを有してい
る。ここで、シリコン酸化膜５はｎ型シリコンの熱酸化
により成膜し、白金の層６は、高周波スパッタ法により
多孔質にして成膜する。この酸素センサは、図１からい
わゆるｐＭＯＳＦＥＴ（ｐチャンネルの絶縁ゲート型電
界効果トランジスタ）を構成していることがわかる。
【０００８】図１において、白金の層６をゲートとし、
第１のｐ型シリコン領域３をソースとし、第２のｐ型シ
リコン領域４をドレインとしてｐＭＯＳＦＥＴを構成し
、ゲート側を雰囲気中に臨ませてゲート電位を一定に保
ちつつ出力電圧を測定した所、図２の一点鎖線のような
結果が得られた。これより本実施例の酸素センサ１は固
体電解質を設けていないにもかかわらず、雰囲気中の酸
素濃度が０から１００パーセントに変化する場合の出力
電圧の変動、即ち、応答特性は酸素センサとして使用で
きるレベルにあることがわかった。この図において、実
線は発明者が現在開発中の固体電解質を有する酸素セン
サの同一条件下における実験結果である。
第１のｐ型シリコン領域３をソースとし、第２のｐ型シ
リコン領域４をドレインとしてｐＭＯＳＦＥＴを構成し
、ゲート側を雰囲気中に臨ませてゲート電位を一定に保
ちつつ出力電圧を測定した所、図２の一点鎖線のような
結果が得られた。これより本実施例の酸素センサ１は固
体電解質を設けていないにもかかわらず、雰囲気中の酸
素濃度が０から１００パーセントに変化する場合の出力
電圧の変動、即ち、応答特性は酸素センサとして使用で
きるレベルにあることがわかった。この図において、実
線は発明者が現在開発中の固体電解質を有する酸素セン
サの同一条件下における実験結果である。
【０００９】本実施例の酸素センサの応答メカニズムは
はっきりと解明できていないが、おそらく、触媒として
常温で酸素に強い活性を示す白金層の一部が、一種のイ
オン選択性の感応膜の役割を果たし、当該白金層に発生
する界面電位が酸素濃度に応じて変化するものと考えら
れる。
はっきりと解明できていないが、おそらく、触媒として
常温で酸素に強い活性を示す白金層の一部が、一種のイ
オン選択性の感応膜の役割を果たし、当該白金層に発生
する界面電位が酸素濃度に応じて変化するものと考えら
れる。
【００１０】図３は、本実施例の酸素センサと、ジルコ
ニア酸素センサとの温度依存性の相違を示したものであ
る。図３において、実線は本実施例のものを示し、点線
はジルコニア酸素センサのものを示す。この図から、本
実施例の酸素センサは常温で十分に使用できることがわ
かる。
ニア酸素センサとの温度依存性の相違を示したものであ
る。図３において、実線は本実施例のものを示し、点線
はジルコニア酸素センサのものを示す。この図から、本
実施例の酸素センサは常温で十分に使用できることがわ
かる。
【００１１】以上説明したように、本実施例によると、
製造の困難な三フッ化ランタン等の固体電解質を使用し
ないので、製造が容易になるとともに、歩留まりが向上
することが期待できる。また、電子回路に使用されるｐ
ＭＯＳＦＥＴのゲート部を白金黒で構成することにより
、酸素センサが得られるので、半導体の製造工程を利用
すれば、大量生産が可能となり、コストの低減が図れる
。さらに、固体電解質を使用せず、触媒として常温で酸
素に強い活性を示す白金層をゲート電極として使用する
ので、常温で十分に使用でき、汎用性の面でも優れてい
る。
製造の困難な三フッ化ランタン等の固体電解質を使用し
ないので、製造が容易になるとともに、歩留まりが向上
することが期待できる。また、電子回路に使用されるｐ
ＭＯＳＦＥＴのゲート部を白金黒で構成することにより
、酸素センサが得られるので、半導体の製造工程を利用
すれば、大量生産が可能となり、コストの低減が図れる
。さらに、固体電解質を使用せず、触媒として常温で酸
素に強い活性を示す白金層をゲート電極として使用する
ので、常温で十分に使用でき、汎用性の面でも優れてい
る。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一方の面側に所定間隔を隔てて第１および第２のｐ型シ
リコン領域を有するｎ型シリコン基板と、このｎ型シリ
コン基板の一方の面の第１および第２のｐ型シリコン領
域の中間部に絶縁膜を介して設けられた多孔質の白金の
層とを有するという構成を採用したことから、製造の困
難な三フッ化ランタン等の固体電解質が不要となり、製
造が容易となるとともに、歩留まりの向上が期待でき、
また、上記構成はｐＭＯＳＦＥＴの通常の製造工程にお
いてゲート金属として白金を使用すれば容易に実現でき
るので、大量生産による低コスト化が可能となり、さら
に一方の面側のみを測定ガス中に臨ませればよいので、
取り付け場所の選択の幅が広がり、しかも常温で使用で
きるので、例えば、環境制御や体内での酸素濃度の測定
等に使用でき、或いは空燃比センサとして使用する場合
には外部過熱装置を省略することが可能になるという従
来にない優れた酸素センサを提供することができる。
一方の面側に所定間隔を隔てて第１および第２のｐ型シ
リコン領域を有するｎ型シリコン基板と、このｎ型シリ
コン基板の一方の面の第１および第２のｐ型シリコン領
域の中間部に絶縁膜を介して設けられた多孔質の白金の
層とを有するという構成を採用したことから、製造の困
難な三フッ化ランタン等の固体電解質が不要となり、製
造が容易となるとともに、歩留まりの向上が期待でき、
また、上記構成はｐＭＯＳＦＥＴの通常の製造工程にお
いてゲート金属として白金を使用すれば容易に実現でき
るので、大量生産による低コスト化が可能となり、さら
に一方の面側のみを測定ガス中に臨ませればよいので、
取り付け場所の選択の幅が広がり、しかも常温で使用で
きるので、例えば、環境制御や体内での酸素濃度の測定
等に使用でき、或いは空燃比センサとして使用する場合
には外部過熱装置を省略することが可能になるという従
来にない優れた酸素センサを提供することができる。
【図１】本発明の一実施例の断面構造を示す図である。
【図２】酸素濃度を徐々に増加させた場合の図１のセン
サの出力電圧の時間応等を開発中のものとともに示す図
である。
サの出力電圧の時間応等を開発中のものとともに示す図
である。
【図３】本実施例の酸素センサと、ジルコニア酸素セン
サとの温度依存性の相違を示す図である。
サとの温度依存性の相違を示す図である。
【図４】ジルコニア酸素センサの酸素濃度の検出原理を
説明するための図である。
説明するための図である。
１ 酸素センサ
２ ｎ型シリコン基板
３ 第１のｐ型シリコン領域
４ 第２のｐ型シリコン領域
５ 絶縁膜としての酸化シリコン膜
６ 多孔質の白金層
Claims (1)
- 【請求項１】 一方の面側に所定間隔を隔てて第１お
よび第２のｐ型シリコン領域を有するｎ型シリコン基板
と、このｎ型シリコン基板の一方の面の前記第１および
第２のｐ型シリコン領域の中間部に絶縁膜を介して設け
られた多孔質の白金の層とを有することを特徴とした酸
素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416308A JPH04233444A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416308A JPH04233444A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233444A true JPH04233444A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=18524538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416308A Withdrawn JPH04233444A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04233444A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102353702A (zh) * | 2011-07-22 | 2012-02-15 | 李学中 | 氧化物半导体常温氧传感器 |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2416308A patent/JPH04233444A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102353702A (zh) * | 2011-07-22 | 2012-02-15 | 李学中 | 氧化物半导体常温氧传感器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980312 |