JPH0510909A - オゾンセンサ - Google Patents
オゾンセンサInfo
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- JPH0510909A JPH0510909A JP16031191A JP16031191A JPH0510909A JP H0510909 A JPH0510909 A JP H0510909A JP 16031191 A JP16031191 A JP 16031191A JP 16031191 A JP16031191 A JP 16031191A JP H0510909 A JPH0510909 A JP H0510909A
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Abstract
して耐熱衝撃性を向上させ、長期間の信頼性の向上を図
るとともに、感度と応答性を向上させる。 【構成】 表面粗さ(Ra)が0.5μm以下、望まし
くは0.1〜3μmの電気絶縁性基板を用いる。 【効果】 表面粗さ(Ra)が0.5μm以下の電気絶
縁性基板を用いることにより、感応体薄膜と基板の接合
性が向上し、かつ有効表面積の拡大により感度,応答性
が向上する。
Description
ン利用機器におけるオゾン濃度制御、あるいは漏洩オゾ
ン検知に用いる金属酸化物半導体薄膜を利用したオゾン
センサに関するものである。
脱臭,殺菌等の目的で上下水道水処理,医療,食品工業
等多くの分野で利用されている。最近では、各種家電製
品への利用を通じて、一般家庭にまで普及しつつある。
しかし、有用な利用価値がある反面、オゾンはごく微量
でも人体に対して極めて有害であるため、発生量の制御
や漏洩オゾンの検知を確実に行なう必要がある。
らの酸化還元法や吸光光度法や紫外線吸収スペクトル法
等とともに、近年、In2O3やSnO2等の金属酸化物
半導体による感応体薄膜を使用するオゾンセンサの実用
化が活発に進められている。このオゾンセンサは、前記
感応体薄膜の電気抵抗値がオゾン濃度に応じて変化する
のを利用するもので、小型軽量で、信頼性が高く、簡便
かつ比較的安価であるという多くの利点がある。しかし
ながら、このセンサ素子を安定に作動させるには、35
0〜450℃程度に保つ必要があるので、耐熱性でかつ
電気絶縁性の優れたα−Al2O3を主成分とする板状の
セラミックス基板上に1対の例えば白金電極を設け、こ
の電極間に前記感応体薄膜を形成させて素子が作製され
る。この感応体薄膜を形成させるには、電子ビームによ
る蒸着法やスパッタ法等の成膜技術の適用によっても可
能であるが、工業的には生産性の高いディッピング法,
スクリーン印刷法,スピンコート法等によりインジウ
ム,錫等の金属塩溶液を湿式塗布し、乾燥後空気中で加
熱焼成して酸化物薄膜とする方法が広く採用されてい
る。
塗布による成膜法で形成された感応体薄膜を利用した素
子で構成されたオゾンセンサを長期間使用した場合、従
来、一部のものの特性が経時的に劣化するものがあっ
た。劣化したセンサを詳細に観察したところ、素子の感
応体薄膜が、セラミックス基板表面から部分的に剥離し
ている状態が認められた。本発明は、前記感応体薄膜の
剥離等による経時的特性劣化を改良することを目的とす
る。
に、湿式塗布により成膜形成法で得られた金属酸化物半
導体を主体とする感応体薄膜を利用した素子で構成され
るオゾンセンサを長期間使用した場合の特性劣化が、前
記感応体薄膜が、セラミックス基板表面から部分的に剥
離している点に鑑み、基板表面の粗さに着目して課題を
解決したものである。具体的には表面粗さ(Ra)が
0.5μm以下、望ましくは0.1〜0.3μmの範囲
にある電気絶縁性の基板を用い、この基板上に1対の電
極および前記電極間に金属酸化物半導体を主体とする感
応体薄膜を形成させることにより、長期間使用に当っ
て、熱衝撃の繰り返しによる前記感応体薄膜の基板表面
からの剥離等による特性劣化を抑制するだけでなく、膜
厚の均一化によりセンサの感度および応答性をも向上し
たものである。
m以下、望ましくは0.1〜0.3μmの範囲にある電
気絶縁性基板を用いることにより、湿式塗布による成膜
法で形成される感応体薄膜と基板の接合強度が向上し、
熱衝撃にも強く、安定した特性を維持するセンサ素子を
得ることができる。同時に、湿式成膜法で形成される感
応体薄膜の有効表面積を大きくすることができ、得られ
たセンサは、感度と応答性に優れた特性を示す。
施例を示す概略断面図である。図1において、1はアル
ミナ基板(2×5×0.5mm)、2はInとSnの塩化
物等の金属塩を主体として調製した塗布液をディッピン
グ法により塗布し、乾燥後空気中で600℃で1時間焼
成して作製したIn2O3(95wt%)とSnO2(5wt
%)からなるガス感応体薄膜(厚さ約500Å)、3は
あらかじめ基板にスパッタ法等により形成した白金電極
である。アルミナ基板としては表面粗さ(Ra)が0.
05μm,0.1μm,0.3μm,0.5μm,0.
7μm,および1.0μmのものを用いた。
基板の接合性をみるため、粘着テープを用いて膜の剥離
試験を行なった。この結果を(表1)に示した。接合性
の良い順に◎,○,△の記号で表わした。表面粗さが
0.5μmを越えると粘着テープに膜の一部が剥離し、
明らかに付着しているのが認められた。剥離した膜の面
積は、見かけの成膜面積に対して約2%程度を占めてい
た。表面粗さが0.5μm以下になるとテープへの剥離
付着量は極めて少なくなり、表面粗さ0.5μmおよび
0.05μmの場合にごく微細な膜片が付着する程度で
あった。表面粗さ0.1μmおよび0.3μmの場合の
剥離は、肉眼では全く認められなかった。前記方法によ
り形成される薄膜は、数〜数+Åオーダーの極めて微細
な粒子が適度に焼結して多孔質膜を形成している。基板
の表面粗さが大きいと、基板の凹部に塗布液が溜った状
態になり易く、焼成スピードが不均一になって歪が生
じ、微細な領域で膜が浮き上がった状態になり易く、い
わゆるアンカー効果が低下する。また、前述した状況と
は逆に表面粗さが小さすぎてもアンカー効果は低下する
と考えられる。感応体薄膜を構成する結晶粒子のサイズ
や焼結状態と基板表面粗さの整合性をとることが重要で
あると判断される。
〜500℃を約1分間で昇・降温させる熱衝撃試験を1
00サイクル行なって、前記したのと同様の方法で感応
体薄膜の剥離状態を調べた結果、表面粗さが0.5μm
以下の基板を用いた場合の膜と基板の接合状態は極めて
良好であることが確認された。
mのアルミナ基板を用いて前記したのと同様の方法で作
製したセンサ素子を用い、以下に説明する方法でオゾン
に対する応答特性を判定した。センサ素子を素子加熱用
ヒーターに密着固定して清浄空気を満たした測定箱にセ
ットし、ヒーターに通電してセンサ素子温度を350℃
に設定した。ついで、0.5ppm相当のオゾンを測定箱
に注入して均一に拡散させてセンサ素子に接触させ、セ
ンサ素子の電気抵抗値の変化を測定した。その結果を図
2に示した。表面粗さ0.3μmの基板を用いたセンサ
の電気抵抗値の変化は大きく、応答特性、排気にともな
う復帰特性ともに優れた特性を示した。しかし、表面粗
さ1.0μmの基板を用いたセンサの抵抗変化は小さ
く、応答特性,復帰特性ともに劣ることが判明した。表
面粗さ0.3μmの基板を用いた場合の方が感応体の膜
厚が比較的均一で、かつ反応に関与する感応体の有効表
面積が大きくなるため、感度が高く、優れた応答特性に
なると考えられる。一方、表面粗さがある程度大きくな
ると、膜厚が不均一になり、膜厚が大きい部分がかなり
の面積を占め、実質的に表面積の減少をもたらすため、
反応に関与する有効表面積の減少を来すものと考えられ
る。
μmの基板を用いて作製したセンサ素子を用いてセンサ
感度の経時変化を測定した。センサ素子を450℃の空
気雰囲気中に放置しておき、200時間毎に取り出し、
測定箱中で前記したのと同様の方法で350℃における
電気抵抗値の変化を測定し、センサ感度の経時変化を求
めた。センサ感度はオゾン混合空気中におけるセンサの
電気抵抗値(RG)を空気中におけるセンサの電気抵抗
値(RA)で除した値(RG/RA)で表わした。これを延
べ1000時間行ない、その結果を図3に示した。表面
粗さ0.3μmの基板を用いたセンサの感度は極めて安
定しているが、表面粗さ1.0μmの基板を用いたセン
サの感度は次第に低下することが明らかになった。表面
粗さ1.0μmの基板を用いた場合の感応体薄膜の有効
表面積は表面粗さ0.3μmの基板を用いた場合より、
初期から小さい上、焼結が進行するにつれて表面積の減
少度合が大きくなり、このために感度低下が大きくなる
ものと考えられる。
よるオゾンセンサは極めて優れた特性を有している。実
施例ではオゾン感応体薄膜の作製法としてディッピング
法を用いた場合について延べたが、スクリーン印刷,ス
ピンコート,刷毛塗りその他の湿式塗布による成膜法を
適宜用いることとができ、いずれの場合にも実施例と同
様の効果が得られる。また、実施例では感応体薄膜とし
てIn2O3とSnO2の比率が95:5となる材料を用
いた場合についてのみ述べたが、その他の割合の材料の
場合にも同様の成果を得ることができる。また、出発材
料も実施例に限らず成膜法に適したものを適宜選択して
用いることが可能である。センサ素子各部の構造や構成
あるいは耐熱性かつ電気絶縁性基板材料や電極材料も発
明の主旨に反しない限りにおいて自由に設計あるいは使
用することができるものであることを付言する。
知の感度,応答性とともに熱衝撃による安定性および長
期間の信頼性にも優れ、さらに小型軽量かつ安価である
ため、オゾン発生機やオゾン利用機器におけるオゾン濃
度制御、あるいはオゾン検知等の用途に適するものであ
る。
略断面図
Claims (3)
- 【請求項1】 電気絶縁性の基板上に形成された1対の
電極、および前記電極間に形成された金属酸化物半導体
を主体とする薄膜状の感応体を備えたオゾンセンサにお
いて、前記基板の表面粗さ(Ra)が0.5μm以下、
望ましくは0.1〜0.3μmの範囲にあることを特徴
とするオゾンセンサ。 - 【請求項2】 感応体が湿式塗布による成膜法で形成さ
れることを特徴とする請求項1記載のオゾンセンサ。 - 【請求項3】 感応体の主成分がIn2O3およびSnO
2であることを特徴とする請求項1または2記載のオゾ
ンセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3160311A JP2988016B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | オゾンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3160311A JP2988016B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | オゾンセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0510909A true JPH0510909A (ja) | 1993-01-19 |
JP2988016B2 JP2988016B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=15712217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3160311A Expired - Lifetime JP2988016B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | オゾンセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2988016B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100475743B1 (ko) * | 2002-02-16 | 2005-03-15 | 유광수 | R.F. 마그네트론 스퍼터링법을 이용한 In2O3 박막 오존가스센서 및 그 제조방법 |
RU174115U1 (ru) * | 2017-02-21 | 2017-10-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Гибкий интегральный газовый сенсор озона |
RU2660338C2 (ru) * | 2016-07-29 | 2018-07-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Способ изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе |
RU2660333C2 (ru) * | 2016-07-29 | 2018-07-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Способ изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе |
RU2665348C2 (ru) * | 2016-07-29 | 2018-08-29 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Способы изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP3160311A patent/JP2988016B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100475743B1 (ko) * | 2002-02-16 | 2005-03-15 | 유광수 | R.F. 마그네트론 스퍼터링법을 이용한 In2O3 박막 오존가스센서 및 그 제조방법 |
RU2660338C2 (ru) * | 2016-07-29 | 2018-07-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Способ изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе |
RU2660333C2 (ru) * | 2016-07-29 | 2018-07-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Способ изготовления полупроводниковых резистивных сенсоров для измерений содержания озона в воздухе |
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RU174115U1 (ru) * | 2017-02-21 | 2017-10-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Гибкий интегральный газовый сенсор озона |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2988016B2 (ja) | 1999-12-06 |
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