JPH05157729A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPH05157729A JPH05157729A JP3349715A JP34971591A JPH05157729A JP H05157729 A JPH05157729 A JP H05157729A JP 3349715 A JP3349715 A JP 3349715A JP 34971591 A JP34971591 A JP 34971591A JP H05157729 A JPH05157729 A JP H05157729A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多孔質基板を用いない、消費電力の小さな酸
素センサを得る。 【構成】 基板１０上に形成された電気絶縁体薄膜１５
であって、該基板にあけられた穴２７の上に位置してい
る部分１５ａに薄膜ヒータ１４を形成する。この薄膜ヒ
ータの上に、電極２１，２３で両側を挟んだジルコニア
固体電解質の薄膜２２を密着形成する。そして、これら
電極の一方２１が被検ガスにさらされるよう、薄膜ヒー
タおよび電気絶縁体薄膜に基板の穴と連通する透孔２８
をあける。そして、限界電流特性を得るために、基板に
あいている穴を、上側は電気絶縁体薄膜１５で、下側は
閉塞部材２９でそれぞれ塞ぎ、これら電気絶縁体薄膜ま
たは閉塞部材のいずれかに被検ガスが拡散するための小
孔３０，３１をあける。
素センサを得る。 【構成】 基板１０上に形成された電気絶縁体薄膜１５
であって、該基板にあけられた穴２７の上に位置してい
る部分１５ａに薄膜ヒータ１４を形成する。この薄膜ヒ
ータの上に、電極２１，２３で両側を挟んだジルコニア
固体電解質の薄膜２２を密着形成する。そして、これら
電極の一方２１が被検ガスにさらされるよう、薄膜ヒー
タおよび電気絶縁体薄膜に基板の穴と連通する透孔２８
をあける。そして、限界電流特性を得るために、基板に
あいている穴を、上側は電気絶縁体薄膜１５で、下側は
閉塞部材２９でそれぞれ塞ぎ、これら電気絶縁体薄膜ま
たは閉塞部材のいずれかに被検ガスが拡散するための小
孔３０，３１をあける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、気体中の酸素濃度を
測るためのセンサに関する。
測るためのセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質である安定化ジルコニア板を
多孔質白金電極で挟み、５００℃位に加熱して電圧を印
加すると、酸素が酸素イオンとなってジルコニア板を通
過し、電極間に電流が流れる。そして、被検ガスの自由
な通過をある程度制限すると、この電流が、酸素濃度に
比例し、印加電圧の大きさに影響されないようになる
（限界電流特性）。このように被検ガスの自由な通過を
制限するために、従来は、酸素センサのガス流入側に、
小孔（被検ガスの拡散孔）のあいたキャップを被せた
り、または、酸素センサを多孔性のアルミナ基板上に形
成し、基板中の微細な孔をガスの拡散孔としていた。
多孔質白金電極で挟み、５００℃位に加熱して電圧を印
加すると、酸素が酸素イオンとなってジルコニア板を通
過し、電極間に電流が流れる。そして、被検ガスの自由
な通過をある程度制限すると、この電流が、酸素濃度に
比例し、印加電圧の大きさに影響されないようになる
（限界電流特性）。このように被検ガスの自由な通過を
制限するために、従来は、酸素センサのガス流入側に、
小孔（被検ガスの拡散孔）のあいたキャップを被せた
り、または、酸素センサを多孔性のアルミナ基板上に形
成し、基板中の微細な孔をガスの拡散孔としていた。
【０００３】これら従来のものでは、ジルコニア板をヒ
ータで直接加熱するのではなく、ヒータでキャップまた
は多孔質基板を加熱し、これで間接的にジルコニア板を
加熱するようになっており、熱がキャップや多孔質基板
に逃げてしまうので消費電力が大きくなる欠点があっ
た。
ータで直接加熱するのではなく、ヒータでキャップまた
は多孔質基板を加熱し、これで間接的にジルコニア板を
加熱するようになっており、熱がキャップや多孔質基板
に逃げてしまうので消費電力が大きくなる欠点があっ
た。
【０００４】また、多孔質基板を用いると、製造時にこ
れにガスやエッチング溶液が浸透するので、これを除去
する手間が掛かり、また、その上に形成したジルコニア
等の薄膜が剥離しやすいという問題もある。
れにガスやエッチング溶液が浸透するので、これを除去
する手間が掛かり、また、その上に形成したジルコニア
等の薄膜が剥離しやすいという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、多孔質基
板を用いない、消費電力の小さな酸素センサを得ること
を目的とする。
板を用いない、消費電力の小さな酸素センサを得ること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明の酸素ヒータは、基板上に形成された電気絶
縁体薄膜であって、該基板にあけられた穴の上に位置し
ている部分に薄膜ヒータを形成する。薄膜ヒータは、例
えば、スパッタで形成した白金薄膜でもよいし、高濃度
ホウ素添加単結晶シリコン薄膜でもよい。
にこの発明の酸素ヒータは、基板上に形成された電気絶
縁体薄膜であって、該基板にあけられた穴の上に位置し
ている部分に薄膜ヒータを形成する。薄膜ヒータは、例
えば、スパッタで形成した白金薄膜でもよいし、高濃度
ホウ素添加単結晶シリコン薄膜でもよい。
【０００７】この薄膜ヒータの上に、電極で両側を挟ん
だジルコニア固体電解質の薄膜を密着形成する。そし
て、これら電極の一方が被検ガスにさらされるよう、薄
膜ヒータおよび電気絶縁体薄膜に基板の穴と連通する透
孔をあける。限界電流特性を得るために、基板にあいて
いる穴を、上側は該電気絶縁体薄膜で、下側は閉塞部材
でそれぞれ塞ぎ、これら電気絶縁体薄膜または閉塞部材
のいずれかに被検ガスが拡散するための小孔をあけるこ
とができる。代りに、ジルコニア固体電解質を挟んでい
る電極の一方をガスが拡散によって通過できるほどに薄
く形成してもよい。
だジルコニア固体電解質の薄膜を密着形成する。そし
て、これら電極の一方が被検ガスにさらされるよう、薄
膜ヒータおよび電気絶縁体薄膜に基板の穴と連通する透
孔をあける。限界電流特性を得るために、基板にあいて
いる穴を、上側は該電気絶縁体薄膜で、下側は閉塞部材
でそれぞれ塞ぎ、これら電気絶縁体薄膜または閉塞部材
のいずれかに被検ガスが拡散するための小孔をあけるこ
とができる。代りに、ジルコニア固体電解質を挟んでい
る電極の一方をガスが拡散によって通過できるほどに薄
く形成してもよい。
【０００８】
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１において、シリコン基板１０の上に熱酸化によりSi
O2の膜１１を形成し、そのSiO2の膜の一部をフォトエッ
チングにより除去し、窓１２をあける。符号１３は窓１
２の中心に取り残されたSiO2の膜である。
図１において、シリコン基板１０の上に熱酸化によりSi
O2の膜１１を形成し、そのSiO2の膜の一部をフォトエッ
チングにより除去し、窓１２をあける。符号１３は窓１
２の中心に取り残されたSiO2の膜である。
【０００９】この窓１２からシリコン基板１０に塗布拡
散剤を用いてホウ素を高濃度（密度は平均で３×１０20
／cm3程度）に熱拡散し（例えば、１２００℃、２時
間）、図２に示すように、高濃度ホウ素添加単結晶シリ
コンからなる薄膜ヒータ１４を形成する。
散剤を用いてホウ素を高濃度（密度は平均で３×１０20
／cm3程度）に熱拡散し（例えば、１２００℃、２時
間）、図２に示すように、高濃度ホウ素添加単結晶シリ
コンからなる薄膜ヒータ１４を形成する。
【００１０】次いで、SiO2膜１１を除去し、スパッタリ
ングの方法で、改めて、表裏の全面にSiO2の膜を形成す
る。スパッタリングに代えてＣＶＤ（化学的気相成長
法）や熱酸化の方法も使える。SiO2の膜はSi3N4膜でも
よい。そして、図３に示すように、表面のSiO2膜１５に
窓１７をあけ、裏面のSiO2の膜１６にも窓１８をあけ
る。SiO2の膜に窓をあけるのは、いずれも、フォトエッ
チングの手法が使える。
ングの方法で、改めて、表裏の全面にSiO2の膜を形成す
る。スパッタリングに代えてＣＶＤ（化学的気相成長
法）や熱酸化の方法も使える。SiO2の膜はSi3N4膜でも
よい。そして、図３に示すように、表面のSiO2膜１５に
窓１７をあけ、裏面のSiO2の膜１６にも窓１８をあけ
る。SiO2の膜に窓をあけるのは、いずれも、フォトエッ
チングの手法が使える。
【００１１】そして、窓１７の上にセンサ本体２０を形
成する（図４、図５）。まず、窓１７から覗いているシ
リコン基板１０および窓１７の周囲のSiO2膜１５に白金
をスパッタして薄膜の電極２１をつくる。スパッタは真
空度の低い環境で行ない、電極２１を多孔性に形成する
ことが肝要である。この電極２１の上に安定化ジルコニ
ア固体電解質の薄膜２２をスッパタ成形する。厚さは５
０００オングストロームほどにする。さらにその上に同
じように白金をスパッタし、多孔性電極２３を形成す
る。
成する（図４、図５）。まず、窓１７から覗いているシ
リコン基板１０および窓１７の周囲のSiO2膜１５に白金
をスパッタして薄膜の電極２１をつくる。スパッタは真
空度の低い環境で行ない、電極２１を多孔性に形成する
ことが肝要である。この電極２１の上に安定化ジルコニ
ア固体電解質の薄膜２２をスッパタ成形する。厚さは５
０００オングストロームほどにする。さらにその上に同
じように白金をスパッタし、多孔性電極２３を形成す
る。
【００１２】薄膜ヒータ１４には電極２５，２６を付け
る。（図５）。次いで、異方性エッチング液を用いて、
シリコン基板１０を裏面の窓１８からエッチする。シリ
コン基板１０は表面が（１００）面になっており、異方
性エッチング液は（１１１）面をほとんど侵さないの
で、図６に示すように、断面が逆Ｖ断面の穴２７が形成
できる。穴２７の側壁は（１１１）面である。異方性エ
ッチング液には、例えば、ヒドラジンと水の１対１水溶
液を用いる。
る。（図５）。次いで、異方性エッチング液を用いて、
シリコン基板１０を裏面の窓１８からエッチする。シリ
コン基板１０は表面が（１００）面になっており、異方
性エッチング液は（１１１）面をほとんど侵さないの
で、図６に示すように、断面が逆Ｖ断面の穴２７が形成
できる。穴２７の側壁は（１１１）面である。異方性エ
ッチング液には、例えば、ヒドラジンと水の１対１水溶
液を用いる。
【００１３】エッチングにより穴２７が形成されると、
薄膜ヒータ１４は穴２７の上に位置している部分１５ａ
のSiO2膜に張り付いた格好になる。そして、薄膜ヒータ
１４の中央に透孔２８ができ、この孔を通してセンサ本
体２０が穴２７に臨むようになる。被検ガスが穴２７に
自由に流入するのを制限するために、穴の下側に閉塞部
材２９を張り付け、これに小孔（ガスの拡散孔）３０を
あけておく。閉塞部材３０に小孔をあけないで、図５に
鎖線で示すように、穴の上のSiO2膜１５に小孔３１あけ
てもよい。図３でSiO2膜１５に窓１７をあけたが、小孔
３１はこの段階であけてしまう。
薄膜ヒータ１４は穴２７の上に位置している部分１５ａ
のSiO2膜に張り付いた格好になる。そして、薄膜ヒータ
１４の中央に透孔２８ができ、この孔を通してセンサ本
体２０が穴２７に臨むようになる。被検ガスが穴２７に
自由に流入するのを制限するために、穴の下側に閉塞部
材２９を張り付け、これに小孔（ガスの拡散孔）３０を
あけておく。閉塞部材３０に小孔をあけないで、図５に
鎖線で示すように、穴の上のSiO2膜１５に小孔３１あけ
てもよい。図３でSiO2膜１５に窓１７をあけたが、小孔
３１はこの段階であけてしまう。
【００１４】この酸素センサの作用であるが、薄膜ヒー
タ１４に電流を流すと、ジュール熱を発生し、密着して
いるジルコニア固体電解質２２が加熱される。薄膜ヒー
タ１４はSiO2膜１５に支持されており、基板１０に熱が
逃げないので、消費電力は小さい。
タ１４に電流を流すと、ジュール熱を発生し、密着して
いるジルコニア固体電解質２２が加熱される。薄膜ヒー
タ１４はSiO2膜１５に支持されており、基板１０に熱が
逃げないので、消費電力は小さい。
【００１５】こうしてセンサを５００℃ほどに加熱して
おいて、図６に示すように、電極間に電圧を印加する
と、ポンピング作用によりジルコニア固体電解質内で酸
素イオンをキャリアとする電流が流れ、電流の大きさか
ら被検ガスの酸素濃度が測定される。
おいて、図６に示すように、電極間に電圧を印加する
と、ポンピング作用によりジルコニア固体電解質内で酸
素イオンをキャリアとする電流が流れ、電流の大きさか
ら被検ガスの酸素濃度が測定される。
【００１６】ガスの自由な通過を制限するために、上述
の実施例では穴２７を閉塞部材２９で塞ぎ、拡散孔３
０，３１をあけたが、こうする代りに、一方の電極２１
をガスが拡散によって通過できるほどに薄く、例えば１
０００オングストローム以下の白金電極で形成してもよ
い。液晶の透明電極に使われているＩＴＯ（インジュウ
ム−スズ酸化物）を用いてもよい。この場合、穴２７は
開放してもよいので、図５に鎖線で示すように、SiO2膜
１５に長孔３２をあけて、薄膜ヒータ１４を支えている
部分１５ａのSiO2膜を架橋状にしてもよい。こうすれ
ば、SiO2膜を介して熱が逃げにくくなる。
の実施例では穴２７を閉塞部材２９で塞ぎ、拡散孔３
０，３１をあけたが、こうする代りに、一方の電極２１
をガスが拡散によって通過できるほどに薄く、例えば１
０００オングストローム以下の白金電極で形成してもよ
い。液晶の透明電極に使われているＩＴＯ（インジュウ
ム−スズ酸化物）を用いてもよい。この場合、穴２７は
開放してもよいので、図５に鎖線で示すように、SiO2膜
１５に長孔３２をあけて、薄膜ヒータ１４を支えている
部分１５ａのSiO2膜を架橋状にしてもよい。こうすれ
ば、SiO2膜を介して熱が逃げにくくなる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の酸素セ
ンサは次の効果がある。請求項１の酸素センサは、基板
から浮いた薄膜ヒータに、両面を電極で挟んだジルコニ
ア固体電解質の薄膜を密着形成したので、ジルコニア固
体電解質が薄膜ヒータで直に加熱され、ヒータから基板
に熱が逃げることがないので、消費電力を小さくするこ
とができる。
ンサは次の効果がある。請求項１の酸素センサは、基板
から浮いた薄膜ヒータに、両面を電極で挟んだジルコニ
ア固体電解質の薄膜を密着形成したので、ジルコニア固
体電解質が薄膜ヒータで直に加熱され、ヒータから基板
に熱が逃げることがないので、消費電力を小さくするこ
とができる。
【００１８】請求項２の酸素センサは、穴の下側を閉塞
部材で塞ぎ、この閉塞部材または穴の上側を覆っている
電気絶縁体被膜のいずれかに被検ガスの拡散孔をあけも
のであり、簡単な構成で限界電流特性を得ることができ
る。請求項３の酸素センサは、電極の一方をガスが拡散
によって通過できるほどに薄く形成したので、ガスの拡
散孔を特に設ける必要がなく、製造が容易である。
部材で塞ぎ、この閉塞部材または穴の上側を覆っている
電気絶縁体被膜のいずれかに被検ガスの拡散孔をあけも
のであり、簡単な構成で限界電流特性を得ることができ
る。請求項３の酸素センサは、電極の一方をガスが拡散
によって通過できるほどに薄く形成したので、ガスの拡
散孔を特に設ける必要がなく、製造が容易である。
【図１】酸素センサの一製造過程を示すもので、SiO2膜
に窓をあけた状態の斜視図である。
に窓をあけた状態の斜視図である。
【図２】同じく、SiO2膜の窓からホウ素を拡散して薄膜
ヒータを形成した状態の断面図である。
ヒータを形成した状態の断面図である。
【図３】同じく、基板に改めてSiO2膜を形成した状態の
断面図である。
断面図である。
【図４】同じく、SiO2膜上にセンサ部を形成した状態の
断面図である。
断面図である。
【図５】でき上がった酸素センサの平面図である。
【図６】同じく酸素センサの断面図である。
１０ シリコン基板 １４ 薄膜ヒータ １５ SiO2 膜 １５ａ 穴の上の部分のSiO2 膜 ２１ 電極 ２２ ジルコニア固体電解質の薄膜 ２３ 電極 ２７ 穴 ２８ 透孔 ２９ 閉塞部材 ３０，３１ 拡散孔（小孔）
Claims (3)
- 【請求項１】 基板（１０）上に形成された電気絶縁体
薄膜（１５）であって、該基板にあけられた穴（２７）
の上に位置している部分（１５ａ）に薄膜ヒータ（１
４）が密着形成され、電極（２１，２３）で両側を挟ん
だジルコニア固体電解質の薄膜（２２）が該薄膜ヒータ
上にさらに密着形成されており、該電極の一方（２１）
が被検ガスにさらされるよう、該薄膜ヒータおよび該電
気絶縁体薄膜に該穴と連通する透孔（２８）があいてい
る酸素センサ。 - 【請求項２】 該穴が、上側は該電気絶縁体薄膜で、下
側は閉塞部材（２９）でそれぞれ塞がれており、少なく
とも該電気絶縁体薄膜または該閉塞部材の一方に被検ガ
スが拡散するための小孔（３０，３１）をあけた請求項
１に記載の酸素センサ。 - 【請求項３】 該ジルコニア固体電解質の薄膜を挟んで
いる電極の一方（２１）が、ガスが拡散によって通過で
きるほどに薄く形成されている請求項１に記載の酸素セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349715A JP2553980B2 (ja) | 1991-12-07 | 1991-12-07 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349715A JP2553980B2 (ja) | 1991-12-07 | 1991-12-07 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157729A true JPH05157729A (ja) | 1993-06-25 |
| JP2553980B2 JP2553980B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=18405610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3349715A Expired - Fee Related JP2553980B2 (ja) | 1991-12-07 | 1991-12-07 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2553980B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11251104A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Hokuriku Electric Ind Co Ltd | 発熱型薄膜素子センサとその製造方法 |
| WO2014136329A1 (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ、限界電流式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4919838A (ja) * | 1972-06-13 | 1974-02-21 | ||
| JPS59166854A (ja) * | 1983-03-14 | 1984-09-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 限界電流式酸素センサ |
| JPS61147154A (ja) * | 1984-12-20 | 1986-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜酸素センサ |
| JPS63259459A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-26 | Toshiba Corp | 限界電流式ガスセンサ |
-
1991
- 1991-12-07 JP JP3349715A patent/JP2553980B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4919838A (ja) * | 1972-06-13 | 1974-02-21 | ||
| JPS59166854A (ja) * | 1983-03-14 | 1984-09-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 限界電流式酸素センサ |
| JPS61147154A (ja) * | 1984-12-20 | 1986-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜酸素センサ |
| JPS63259459A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-26 | Toshiba Corp | 限界電流式ガスセンサ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11251104A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Hokuriku Electric Ind Co Ltd | 発熱型薄膜素子センサとその製造方法 |
| WO2014136329A1 (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ、限界電流式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム |
| JP2014196995A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-10-16 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ、限界電流式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2553980B2 (ja) | 1996-11-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |