JPH04323548A - ガス検知素子 - Google Patents

ガス検知素子

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JPH04323548A
JPH04323548A JP11932791A JP11932791A JPH04323548A JP H04323548 A JPH04323548 A JP H04323548A JP 11932791 A JP11932791 A JP 11932791A JP 11932791 A JP11932791 A JP 11932791A JP H04323548 A JPH04323548 A JP H04323548A
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JP
Japan
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gas
sensitivity
sensitive body
gas sensitive
catalyst layer
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Pending
Application number
JP11932791A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshikazu Yasukawa
佳和 安川
Kunihiro Inagaki
稲垣 訓宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shizuoka University NUC
Kurabe Industrial Co Ltd
Original Assignee
Shizuoka University NUC
Kurabe Industrial Co Ltd
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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、H2 (水素)ガス,
CO(一酸化炭素)ガス等の還元性ガスに対して、高い
ガス感度を長期間安定して示すガス検知素子に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】H2 ガス,COガス等の還元性ガスは
、引火により爆発を伴ったり、また人体や生物に対する
毒性の高いガスであるため、従来よりこれらのガスに対
して優れた感度を示す検知素子の研究が種々なされてい
る。その中で各種のガスに接触して抵抗値の変化する例
えばSnO2 系の酸化物半導体等をガス感応体として
用いた検知素子が良く知られているが、その一例として
、当該出願人はH2 ガスに対して特に優れた感度を示
す検知素子として、特願平2ー59158号、発明の名
称「水素ガス検知素子」を提案している。
【0003】図12は、上記提案の構成を説明するため
の断面図(概念図)である。Al2O3(酸化アルミニ
ウム),SiO2 (酸化ケイ素)等からなる絶縁基板
11の上に、SnO2 またはIn2O3のうち少なく
とも一種を主成分とするガス感応体12が設けられ、前
記ガス感応体12上にはAu,Pt等からなる一対の電
極13が形成されている。更に、それらの上面には質量
膜厚が5nm以下のPtまたはPdのうち少なくとも一
種からなる触媒層14が形成されている。また、前記絶
縁基板11の裏面には素子の温度を所定の温度に保つた
めの発熱体16が設けられている。
【0004】上記のガス検知素子は、室温程度の温度か
ら300℃付近の広い温度範囲において、感度良くH2
ガスを検知することができ、また特に上記温度範囲内の
比較的低温の条件下では長期間安定して優れた特性を示
すものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなガス検知素
子は、前述したように酸化物半導体の表面に各種ガスが
接触した場合に、酸化物半導体の比抵抗が変化すること
を利用したものであるが、例えば高湿度雰囲気下での使
用に際し、酸化物半導体表面に水分が吸着した場合、検
出感度の低い素子であると誤動作を引き起こす恐れがあ
る。従って、各種還元性ガスに対して、より検出感度の
高いガス検知素子の出現が要望される。本発明者らは前
記事情に鑑み、各種還元性ガスに対する検出感度を向上
させ、更に長期間安定して優れた特性を示すガス検知素
子を開発すべく種々探索した結果本発明に至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】即ち本発明によるガス検
知素子は、絶縁基板と、該基板上に設けられたSnO2
を主成分としSn100重量部に対し700重量部以下
のAuを含有するガス感応体と、該ガス感応体に設けら
れた一対の電極と、前記ガス感応体表面上に設けられた
WO3からなる助触媒層と、前記ガス感応体表面上に設
けられた質量膜厚5nm以下のPtまたはPdのうち少
なくとも一種からなる触媒層とから構成されている。ま
た本発明によるガス検知素子は、絶縁基板と、該基板上
に設けられたIn2O3からなるガス感応体と、該ガス
感応体に設けられた一対の電極と、前記ガス感応体表面
上に設けられたWO3 からなる助触媒層と、前記ガス
感応体表面上に設けられた質量膜厚5nm以下のPtか
らなる触媒層とから構成されている。
【0007】本発明に用いられる基板としては、例えば
Al2O3,SiO2等の耐熱性かつ絶縁性の基板が用
いられる。
【0008】本発明に用いられるガス感応体としては、
SnO2 を主成分としSn100重量部に対し700
重量部以下のAuを含有するもの、あるいはIn2O3
 が用いられ、このガス感応体は真空蒸着法,スパッタ
リング法等により直接酸化物半導体を形成するか、Sn
またはIn(インジウム)を同様に膜状に形成した後、
酸化することにより形成される。尚、ガス感応体として
Auを含有したSnO2 を用いる場合、Auの含有量
がSn100重量部に対し700重量部を超えるとSn
O2が半導性を保てなくなり実質的にガスの検知が不可
能となってしまう。
【0009】本発明に用いられる電極としては、例えば
Au,Pt等を用い、スクリーン印刷法,スパッタリン
グ法,真空蒸着法等により形成する。この電極はガス感
応体に接して対向して設けられ、ガス感応体と基板との
間、ガス感応体と触媒層との間どちらに設けても良い。
【0010】本発明に用いられる助触媒層は、WO3 
からなり真空蒸着法,スパッタリング法等により形成さ
れる。
【0011】本発明に用いられる触媒層は、Ptまたは
Pdのうち少なくとも一種からなり、真空蒸着法,スパ
ッタリング法等により形成される。また、前記触媒層の
質量膜厚は5nm以下が好ましく、5nmを超えると素
子自体が半導性を保てなくなり、ガス検知特性が著しく
低下してしまう。
【0012】尚、本発明のガス検知素子は、素子の温度
を所定の温度に保つために発熱体を設けても良い。発熱
体には、自己温度制御型(PTC)ヒータを用いても良
い。
【0013】
【作  用】上記のように構成される本発明のガス検知
素子は、WO3 からなる助触媒層をガス感応体表面上
に設けることにより、還元性ガスに対する感度を大幅に
向上させることが可能であり、また200℃以下の比較
的低温においては特に高い感度を長期間安定して維持す
ることができる。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を更に詳しく説
明する。図1は、本発明によるガス検知素子の一実施例
を示す断面図(概念図)、図2は本発明に用いられるく
し型Au電極の一例を示す平面図である。
【0015】<実施例1>本実施例ではまず、図1に示
す如く、絶縁基板1として縦,横及び厚さが13×10
×1mmの石英基板を用意し、該基板上に熱処理後Au
がSn100重量部に対し700重量部以下となるよう
に、Au及びSnを真空蒸着し、空気中で30秒間熱処
理(500℃)してガス感応体2を得た。次に、前記ガ
ス感応体上に、図2に示すような厚さ30nmのくし型
Au電極3を真空蒸着法により形成した。更に、それら
の上面にはPtからなる触媒層4と、WO3 からなる
助触媒層5を真空蒸着法により形成した。尚、前記触媒
層4の質量膜厚は1nm、前記助触媒層の質量膜厚は5
nmとなるようにした。また、前記絶縁基板1の裏面に
は素子の温度を所定の温度に保つための発熱体6が設け
られている。
【0016】ここで、上述のように作製された本発明の
ガス検知素子を密閉槽内に固定し、該槽内に濃度50,
200,1000ppmのCOガス,濃度1000pp
mのC2H5OH(エタノール)ガス,濃度1000p
pmのC3H8(プロパン)ガス,濃度1000ppm
のH2ガスの各種ガスを注射器で注入し、ファンで攪拌
した後、各種ガス雰囲気中における素子の電気抵抗値を
測定した。そして各種ガスに対する感度[空気中の抵抗
値(Rair)/ガス中の抵抗値(Rgas)]を図3
に示した。図3から明らかなように、本発明の素子は2
00℃以下の低温域において特にCOガスに対して高い
感度を示している。また、図4には本発明によるガス検
知素子を(a)160℃及び(b)300℃に保持した
状態での濃度200ppmのCOガスに対する感度の経
時特性を示した。感度測定時の素子温度はいずれも16
0℃である。300℃に保持した素子は時間の経過と共
に感度の低下が見られるが、160℃に保持した素子は
、長期間安定して高い感度を維持している。
【0017】<比較例1>実施例1において、WO3 
からなる触媒層を設けない素子を作製し、濃度1000
ppmのCOガスに対する感度を測定し、その結果を図
5に示した。尚、実施例1の素子の感度特性も図5に併
せて示した。これによれば、WO3 からなる助触媒層
が素子の検出感度を向上させていることがわかる。
【0018】<実施例2>実施例1において、触媒層と
してPtに代えてPdを用いたガス検知素子を作製し、
濃度400ppmのH2 ガス,濃度1000ppmの
COガス,濃度1000ppmのC2H5OHガス,濃
度1000ppmのC3H8の各種ガス雰囲気中におけ
る素子の電気抵抗を測定した。そして各種ガスに対する
感度を図6に示した。図6から明らかなように、200
℃以下の低温域において特にH2ガスに対して高い感度
を示している。また、図7には本発明によるガス検知素
子を(a)160℃及び(b)300℃に保持した状態
での濃度400ppmのH2ガスに対する感度の経時特
性を示した。感度測定時の素子温度は、いずれも160
℃である。300℃に保持した素子は時間の経過と共に
感度の低下が見られるが、160℃に保持した素子は、
長期間安定して高い感度を維持している。
【0019】<比較例2>実施例2において、WO3 
からなる助触媒層を設けない素子を作製し、濃度400
ppmのH2 ガスに対する感度を測定し、その結果を
図8に示した。尚、実施例2の素子の感度特性について
も図8に併せて示した。これによれば、WO3からなる
助触媒層が素子の検出感度を向上させていることがわか
る。
【0020】<実施例3>実施例1において、SnO2
 を主成分としSn100重量部に対し700重量部以
下のAuを含むガス感応体に代えて、In2O3をガス
感応体として用いたガス検知素子を作製し、実施例1と
同様の各種ガス雰囲気中における素子の電気抵抗値を測
定した。そして各種ガスに対する感度を図9に示した。 図9から明らかなように200℃以下の低温域において
特にCOガスに対して高い感度を示している。また、図
10には本発明によるガス検知素子を(a)160℃及
び(b)300℃に保持した状態での濃度200ppm
のCOガスに対する感度の経時特性を示した。感度測定
時の素子温度は、いずれも160℃である。300℃に
保持した素子は時間の経過と共に感度の低下が見られる
が、160℃に保持した素子は長期間安定して高い感度
を維持している。
【0021】<比較例3>実施例3において、WO3 
からなる助触媒層を設けない素子を作製し、濃度100
0ppmのCOガスに対する感度を測定し、その結果を
図11に示した。尚、実施例3の素子の感度特性につい
ても図11に併せて示した。これによれば、WO3 か
らなる助触媒層が素子の検出感度を向上させていること
がわかる。
【0022】
【発明の効果】以上の結果からわかるように、本発明の
ガス検知素子は、絶縁基板上に設けられたSnO2 を
主成分としSn100重量部に対し700重量部以下の
Auを含有するガス感応体上に、PtまたはPdのうち
少なくとも一種からなり質量膜厚が5nm以下の触媒層
が形成されたもの、あるいは前記ガス感応体がIn2O
3からなり、前記触媒層がPtからなるもの、これらに
助触媒層としてWO3 を添加することにより、H2 
ガス,COガス等の還元性ガスに対する感度を大幅に向
上させることができ、更に、200℃以下の比較的低温
においても高いガス感度を長期間安定して維持すること
が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガス検知素子の一実施例を示す断
面図(概念図)である。
【図2】本発明に用いられるくし型Au電極の一例を示
す平面図である。
【図3】本発明によるガス検知素子の各種ガスに対する
感度特性を示すグラフである。
【図4】本発明によるガス検知素子のCOガスに対する
感度の経時特性を示すグラフである。
【図5】比較例として用いたガス検知素子のCOガスに
対する感度特性を示すグラフである。
【図6】本発明によるガス検知素子の各種ガスに対する
感度特性を示すグラフである。
【図7】本発明によるガス検知素子のH2 ガスに対す
る感度の経時特性を示すグラフである。
【図8】比較例として用いたガス検知素子のH2 ガス
に対する感度特性を示すグラフである。
【図9】本発明によるガス検知素子の各種ガスに対する
感度特性を示すグラフである。
【図10】本発明によるガス検知素子のCOガスに対す
る感度の経時特性を示すグラフである。
【図11】比較例として用いたガス検知素子のCOガス
に対する感度特性を示すグラフである。
【図12】従来のガス検知素子の一例を示す断面図(概
念図)である。
【符号の説明】
1  絶縁基板 2  ガス感応体 3  くし型Au電極 4  触媒層 5  助触媒層 6  発熱体 11  絶縁基板 12  ガス感応体 13  くし型Au電極 14  触媒層 16  発熱体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  絶縁基板と、該基板上に設けられたS
    nO2(酸化スズ)を主成分としSn(スズ)100重
    量部に対し700重量部以下のAu(金)を含有するガ
    ス感応体と、該ガス感応体に設けられた一対の電極と、
    前記ガス感応体表面上に設けられたWO3(三酸化タン
    グステン)からなる助触媒層と、前記ガス感応体表面上
    に設けられた質量膜厚5nm以下のPt(白金)または
    Pd(パラジウム)のうち少なくとも一種からなる触媒
    層とから構成されたガス検知素子。
  2. 【請求項2】  絶縁基板と、該基板上に設けられたI
    n2O3(酸化インジウム)からなるガス感応体と、該
    ガス感応体に設けられた一対の電極と、前記ガス感応体
    表面上に設けられたWO3 からなる助触媒層と、前記
    ガス感応体表面上に設けられた質量膜厚5nm以下のP
    tからなる触媒層とから構成されたガス検知素子。
JP11932791A 1991-04-23 1991-04-23 ガス検知素子 Pending JPH04323548A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5386715A (en) * 1993-12-06 1995-02-07 Motorola, Inc. Gas vapor sensor
JP2020056726A (ja) * 2018-10-03 2020-04-09 富士電機株式会社 ガスセンサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5386715A (en) * 1993-12-06 1995-02-07 Motorola, Inc. Gas vapor sensor
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