JPH04273050A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサに関する。 更に詳しくは、温度センサと一体化されたガスセンサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガスセンサとしてＳｎＯ２な
どの金属酸化物半導体の焼結体を用いたものが開発され
てきた。近年は更に、それの高感度化および小型集積化
といった性能向上を目的としたガスセンサの薄膜化の検
討が行われている。

【０００３】ところで、金属酸化物半導体ガスセンサは
、約３００〜５００℃といった高温に加熱して用いなけ
ればならないため、信頼できる出力を得るためには、そ
の温度制御が正確でなければならない。通常は、センサ
自体が内蔵しているヒータの駆動電力を一定に保つこと
で温度の制御を行っており、実際のセンサ温度を測定す
ることは行われていない。

【０００４】前述のセンサの薄膜化は、ガス感度の向上
には有効であるが、その反面測定温度の変化に対しても
敏感であるという面を持っている。この場合、従来技術
でのように、ヒータの駆動電力を一定に保つだけでは、
測定雰囲気の温度変化の影響を受けてしまい、正確な温
度制御は困難である。

【０００５】そのためには、センサ自身の温度を常にモ
ニターしながら、これが一定となるようヒータ電力を常
に自動的に調整する方法が最も確実であり、温度センサ
との組合せが必要となるが、新たに温度センサを取り付
けたのでは、コストの低減や検出部の小型化に支障がみ
られるようになる。

【０００６】そこで、ガスセンサとの一体化が望まれる
が、これとて従来の薄膜型温度センサを同一基板内に形
成するには、複雑な工程が必要となってくる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、比較
的単純な工程で作製できる、温度センサと一体化された
ガスセンサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
同一基板の表面上に同じ金属酸化物半導体薄膜で覆われ
た２組の対向電極を設け、その内の１組の対向電極を覆
った金属酸化物半導体薄膜上にガスバリヤ性の耐熱絶縁
性薄膜を積層して被覆し、基板裏面側には薄膜状ヒータ
を設けたガスセンサによって達成される。

【０００９】図面を参照しながら、本発明を説明すると
、図１は本発明に係るガスセンサの一態様の斜視図であ
り、同一基板１の表面上に２組の対向電極２ａ，２ｂと
３ａ，３ｂとが設けられており、これらの対向電極は同
じ金属酸化物半導体薄膜４で覆われている。その内の１
組の対向電極３ａ，３ｂは、それを覆っている金属酸化
物半導体薄膜４の部分が、更にガスバリヤ性の耐熱絶縁
性薄膜５を積層し、被覆されており、一方基板裏面側６
には薄膜状ヒータが設けられている。

【００１０】センサ基板としては、アルミナ、窒化アル
ミニウムなどの耐熱性および絶縁性にすぐれた基板が用
いられる。２組の対向電極は、一般にくし形電極として
、例えば金ペーストの厚膜を所定形状に印刷するなどの
方法で形成させる。

【００１１】同一基板の表面上に形成させたこれらの対
向電極を覆う金属酸化物半導体薄膜としては、膜厚が約
１０ｎｍ〜１μｍのＳｎＯ２などの金属酸化物の半導体
薄膜が用いられる。半導体薄膜の形成は、真空蒸着法、
スパッタリング法、イオンプレーティング法などにより
ＳｎＯ２膜などを直接形成させる方法、金属Ｓｎ膜など
を形成させた後、熱処理して酸化する方法あるいはＳｎ
を含む有機金属モノマーをプラズマ重合させてプラズマ
重合膜を形成させ、これを熱処理する方法（特開昭６３
−２６１１４８号公報）などによって行われる。

【００１２】対向電極の内の１組を覆っている金属酸化
物半導体薄膜上に積層され、これを被覆する膜厚が約５
０ｎｍ〜１μｍのガスバリヤ性の耐熱絶縁性薄膜として
は、ガスセンサの動作温度が約３００〜５００℃程度で
あることから、絶縁性でかつ気体透過性を有しないとい
う特性に加えて、高温でも化学的に安定な膜、例えば窒
化けい素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの
セラミックス系薄膜が好適に用いられる。

【００１３】こうした耐熱絶縁性の緻密な薄膜の形成は
、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などによって行われ
る。 その際、他方の一組の対向電極側の金属酸化物半導体薄
膜部分は、予め金属マスクで覆っておき、後でそれを除
去する方法あるいは全面に耐熱絶縁性薄膜を形成させた
後ドライエッチングする方法などを適用することによっ
て、耐熱絶縁性薄膜による被覆が行われない。

【００１４】また、基板の裏面側には、金、白金などの
ペーストから、膜厚約１００ｎｍ〜１μｍ程度の薄膜状
のヒーターが設けられる。

【００１５】

【作用】このようにして構成される本発明のガスセンサ
は、金属酸化物半導体薄膜がその半導体的性質から、温
度変化に対してもその導電率が変化するが、ガスバリヤ
性の耐熱絶縁性薄膜によって雰囲気酸素や被検ガスとの
接触を阻止するようにしているので、その導電率は温度
のみによって変化することになり、温度センサとして使
用することができる。

【００１６】しかも、このとき温度センサとして、ガス
センサと同じ金属酸化物半導体薄膜を用いているため、
両センサを同時に形成させることができ、また両センサ
の温度特性が等しいため、温度補償が容易かつ高精度と
なる利点もみられる。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、比較的単純な工程で作製
でき、しかも温度補償を容易にし、高精度な温度センサ
と一体化されたガスセンサが得られる。

【００１８】

【実施例】アルミナ基板の表面上に、金ペ−ストの厚膜
からなる２組の対向電極を設け、これらの対向電極を覆
うように、金属酸化物半導体薄膜として酸化錫膜（膜厚
約１５００Åのトリメチル錫のプラズマ重合膜を熱処理
したもの）を形成させた。

【００１９】次に、その内の１組の対向電極を覆った酸
化錫膜上をアルミニウム箔で覆った後、プラズマＣＶＤ
法により、窒化けい素の膜（膜厚約６０００Å）を全面
に形成させた。

【００２０】反応ガス流量：ＳｉＨ４１５ｃｃ／分、Ｎ
Ｈ３３０ｃｃ／分、Ｎ２１５０ｃｃ／分 圧力　　　　　　　　：０．５Ｔｏｒｒ高周波電力　　
：１５０Ｗ 堆積時間　　　　：２０分間 基板温度　　　　：２５０℃

【００２１】その後、金属マスクとして用いられたアル
ミニウム箔を剥離し、アルミニウム箔でマスキングされ
なかった部分の酸化錫膜上に窒化けい素膜を形成させた
。また、基板の裏面側には、金ペ−ストを用いて、膜厚
約１μｍの膜状ヒ−タを形成させた。

【００２２】以上のようにして作製されたガスセンサに
ついて、窒化けい素膜で覆った方の電極出力で温度補償
を行った場合のメタノ−ルガスに対するガス感度特性を
、素子温度を４００℃とし雰囲気温度２０℃（○）また
は５０℃（●）で測定すると、図２に示されるような結
果が得られた。

【００２３】また、温度補償が行われない場合（ヒ−タ
温度を素子温度ではなく、１０Ｖのヒ−タ電圧のみで制
御した場合）には、図３に示されるような結果が得られ
、雰囲気温度５０℃とした場合に感度が低下するのは、
メタノ−ルガスに対するガス感度の温度依存性によるも
のと考えられる。

【００２４】このように、これら図２〜３の結果から、
本発明のガスセンサでは温度補償が適切に行われている
ことが分る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスセンサの一態様の斜視図であ
る。

【図２】本発明に係るガスセンサを用いたときのメタノ
−ルガス濃度と感度との関係を示すグラフである。

【図３】温度補償が行れないときのメタノ−ルガス濃度
と感度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　基板 ２ａ，２ｂ　　対向電極 ３ａ，３ｂ　　対向電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同一基板の表面上に同じ金属酸化物半
   導体薄膜で覆われた２組の対向電極を設け、その内の１
   組の対向電極を覆った金属酸化物半導体薄膜上にガスバ
   リヤ性の耐熱絶縁性薄膜を積層して被覆し、基板裏面側
   には薄膜状ヒータを設けてなるガスセンサ。