JPH05281177A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH05281177A JPH05281177A JP11076692A JP11076692A JPH05281177A JP H05281177 A JPH05281177 A JP H05281177A JP 11076692 A JP11076692 A JP 11076692A JP 11076692 A JP11076692 A JP 11076692A JP H05281177 A JPH05281177 A JP H05281177A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガス感応膜として金属酸化物半導体薄膜を用
いたガスセンサであって、吸着水分量をモニターし、初
期値を補正することが容易なものを提供する。 【構成】 絶縁性薄膜で被覆された水晶振動子の一方の
面側に１組の対向電極および金属酸化物半導体ガス感応
膜を順次形成させ、他方の面側に加熱用薄膜ヒータを形
成させたガスセンサ。
いたガスセンサであって、吸着水分量をモニターし、初
期値を補正することが容易なものを提供する。 【構成】 絶縁性薄膜で被覆された水晶振動子の一方の
面側に１組の対向電極および金属酸化物半導体ガス感応
膜を順次形成させ、他方の面側に加熱用薄膜ヒータを形
成させたガスセンサ。
Description
【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、ガス感応膜として金属酸化物半導体薄膜
を用いたガスセンサに関する。
更に詳しくは、ガス感応膜として金属酸化物半導体薄膜
を用いたガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ガスセンサのガス感応膜とし
て、感度と選択性とにすぐれた酸化錫膜などの金属酸化
物半導体薄膜が用いられている。しかしながら、金属酸
化物半導体薄膜は、測定再現性が十分ではないという問
題点を有している。即ち、非動作時のセンサの保存状況
によって、測定時の初期値が変動する現象がみられる。
て、感度と選択性とにすぐれた酸化錫膜などの金属酸化
物半導体薄膜が用いられている。しかしながら、金属酸
化物半導体薄膜は、測定再現性が十分ではないという問
題点を有している。即ち、非動作時のセンサの保存状況
によって、測定時の初期値が変動する現象がみられる。
【０００３】これ迄の検討から、その原因がセンサ保管
時の大気中湿度の影響によるものであることが分かって
いる。これは、大気中の水分が金属酸化物表面に水酸基
となって吸着あるいは結合することで、表面の荷電状態
を変化させているためと考えられる。しかも、このよう
な吸着水分は、センサの動作温度である約300〜400℃に
加熱しても容易に脱離せず、初期抵抗値のドリフト要因
となっている。
時の大気中湿度の影響によるものであることが分かって
いる。これは、大気中の水分が金属酸化物表面に水酸基
となって吸着あるいは結合することで、表面の荷電状態
を変化させているためと考えられる。しかも、このよう
な吸着水分は、センサの動作温度である約300〜400℃に
加熱しても容易に脱離せず、初期抵抗値のドリフト要因
となっている。
【０００４】このための対策としては、水分の吸着を防
ぐかあるいは吸着水分量をモニターすることで初期値を
補正するなどの方法が考えられるが、これらのいずれの
方法も従来の素子構造では実施が困難である。
ぐかあるいは吸着水分量をモニターすることで初期値を
補正するなどの方法が考えられるが、これらのいずれの
方法も従来の素子構造では実施が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ガス
感応膜として金属酸化物半導体薄膜を用いたガスセンサ
であって、吸着水分量をモニターし、初期値を補正する
ことが容易なものを提供することにある。
感応膜として金属酸化物半導体薄膜を用いたガスセンサ
であって、吸着水分量をモニターし、初期値を補正する
ことが容易なものを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
絶縁性薄膜で被覆された水晶振動子の一方の面側に１組
の対向電極および金属酸化物半導体ガス感応膜を順次形
成させ、他方の面側に加熱用薄膜ヒータを形成させたガ
スセンサによって達成される。
絶縁性薄膜で被覆された水晶振動子の一方の面側に１組
の対向電極および金属酸化物半導体ガス感応膜を順次形
成させ、他方の面側に加熱用薄膜ヒータを形成させたガ
スセンサによって達成される。
【０００７】水晶振動子としては、ATカット、共振周波
数6MHz以上のものが好んで用いられる。水晶振動子は、
表裏両面の水晶面の中央部分に銀電極が取付けられてお
り、それぞれの銀電極からリード線が引き出されている
ものを用いる。
数6MHz以上のものが好んで用いられる。水晶振動子は、
表裏両面の水晶面の中央部分に銀電極が取付けられてお
り、それぞれの銀電極からリード線が引き出されている
ものを用いる。
【０００８】このような水晶振動子の表裏両面は、プラ
ズマCVD法などにより、厚さ約0.05〜3μmの絶縁性薄
膜、例えばSiO2、Si3N4などの薄膜で被覆されている。
ズマCVD法などにより、厚さ約0.05〜3μmの絶縁性薄
膜、例えばSiO2、Si3N4などの薄膜で被覆されている。
【０００９】絶縁性薄膜で被覆された水晶振動子の一方
の面側には、１組の対向電極および金属酸化物半導体ガ
ス感応膜が順次形成される。対向電極としては、一般に
くし形電極が用いられ、それは蒸着法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法などにより、クロム(膜厚
約0.05〜0.1μm)および金(膜厚約0.1〜1μm)の積層電極
として一般に形成される。
の面側には、１組の対向電極および金属酸化物半導体ガ
ス感応膜が順次形成される。対向電極としては、一般に
くし形電極が用いられ、それは蒸着法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法などにより、クロム(膜厚
約0.05〜0.1μm)および金(膜厚約0.1〜1μm)の積層電極
として一般に形成される。
【００１０】このような１組の対向電極を覆う金属酸化
物半導体ガス感応膜としては、膜厚が約10nm〜1μm程度
のSnO2、Fe2O3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、プラズマCVD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。
物半導体ガス感応膜としては、膜厚が約10nm〜1μm程度
のSnO2、Fe2O3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、プラズマCVD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。
【００１１】絶縁性薄膜で被覆された水晶振動子の他方
の面側には、加熱用薄膜ヒータが形成される。薄膜ヒー
タは、金、白金、タングステンなどの高融点金属からペ
ースト法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより、
約100nm〜1μm程度の膜厚で形成される。
の面側には、加熱用薄膜ヒータが形成される。薄膜ヒー
タは、金、白金、タングステンなどの高融点金属からペ
ースト法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより、
約100nm〜1μm程度の膜厚で形成される。
【００１２】図１は、本発明に係るガスセンサの一態様
の表面図(a)、I-I線断面図(b)および裏面図(c)であり、
１は水晶振動子、２,２´はその銀電極、３,３´はそこ
からのリード線、４,４´は絶縁性薄膜、５,５´は対向
電極、６,６´はそこからのリード線、７はガス感応
膜、８は加熱用薄膜ヒータ、そして９,９´はそこから
のリード線である。
の表面図(a)、I-I線断面図(b)および裏面図(c)であり、
１は水晶振動子、２,２´はその銀電極、３,３´はそこ
からのリード線、４,４´は絶縁性薄膜、５,５´は対向
電極、６,６´はそこからのリード線、７はガス感応
膜、８は加熱用薄膜ヒータ、そして９,９´はそこから
のリード線である。
【００１３】
【作用】かかるガスセンサを用いての測定は、次のよう
にして行われる。通常のガス測定時には、水晶振動子と
しての発振は行わずに、水晶基板面の薄膜ヒータによ
り、基板を約300〜500℃の温度に加熱し、その反対面側
の対向電極により、ガス感応膜の抵抗値変化を検出す
る。非動作時、室温下においては大気中の水分の吸着が
生ずるため、水晶振動子を発振させ、その発振周波数を
測定する。このときの発振周波数は、質量付加効果によ
り吸着水分質量に応じて変化するため、この周波数変化
量から吸着水分量を求めることができる。
にして行われる。通常のガス測定時には、水晶振動子と
しての発振は行わずに、水晶基板面の薄膜ヒータによ
り、基板を約300〜500℃の温度に加熱し、その反対面側
の対向電極により、ガス感応膜の抵抗値変化を検出す
る。非動作時、室温下においては大気中の水分の吸着が
生ずるため、水晶振動子を発振させ、その発振周波数を
測定する。このときの発振周波数は、質量付加効果によ
り吸着水分質量に応じて変化するため、この周波数変化
量から吸着水分量を求めることができる。
【００１４】具体例を挙げると、例えば40%相対湿度の
空気中に24時間放置したとき(実線)と96時間放置した時
(点線)とでは、抵抗値に大きな差がみられるようになる
(図２)。従って、このときの水分吸着量と抵抗値変化と
の関係を予め求めておけば、ガス検出に際して、水晶振
動子の共振周波数変化から吸着水分量を測定することに
より、ガス検出時の抵抗値変化の内、水分吸着によるも
のと被検ガスとの反応によるものとを分けることが可能
となる。このようにして、抵抗の測定値から水分吸着に
よる変化分を差し引いた値を補正抵抗値として求めるこ
とができる。
空気中に24時間放置したとき(実線)と96時間放置した時
(点線)とでは、抵抗値に大きな差がみられるようになる
(図２)。従って、このときの水分吸着量と抵抗値変化と
の関係を予め求めておけば、ガス検出に際して、水晶振
動子の共振周波数変化から吸着水分量を測定することに
より、ガス検出時の抵抗値変化の内、水分吸着によるも
のと被検ガスとの反応によるものとを分けることが可能
となる。このようにして、抵抗の測定値から水分吸着に
よる変化分を差し引いた値を補正抵抗値として求めるこ
とができる。
【００１５】
【発明の効果】本発明に係るガスセンサは、飽和または
不飽和の炭化水素類、アルコ-ル類、一酸化炭素、水素
などの還元性ガス定量に用いられるが、その際ガス感応
膜たる金属酸化物半導体薄膜への吸着水分量を水晶振動
子の発振周波数の変化として検出することにより、ガス
感応膜の初期抵抗値の変動分を補正することが可能とな
り、ひいては測定再現性の向上が図られることになる。
不飽和の炭化水素類、アルコ-ル類、一酸化炭素、水素
などの還元性ガス定量に用いられるが、その際ガス感応
膜たる金属酸化物半導体薄膜への吸着水分量を水晶振動
子の発振周波数の変化として検出することにより、ガス
感応膜の初期抵抗値の変動分を補正することが可能とな
り、ひいては測定再現性の向上が図られることになる。
【００１６】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【００１７】実施例 水晶振動子(ORION製品ATカット、10.170MHz)の表裏両面
に、プラズマCVD法により、SiO2絶縁性薄膜(膜厚約１μ
m)を形成させた。その一方の面側に、真空蒸着法により
Au(膜厚5000Å)／Cr(膜厚1000Å)積層電極を１組の対向
電極として形成させ、更にこれらの対向電極を覆うよう
に、プラズマCVD法により、SnO2半導体薄膜(膜厚3000
Å)を形成させた。また、他方の面側には、真空蒸着法
により、白金製加熱用薄膜ヒータ(膜厚約１μm)を形成
させた。
に、プラズマCVD法により、SiO2絶縁性薄膜(膜厚約１μ
m)を形成させた。その一方の面側に、真空蒸着法により
Au(膜厚5000Å)／Cr(膜厚1000Å)積層電極を１組の対向
電極として形成させ、更にこれらの対向電極を覆うよう
に、プラズマCVD法により、SnO2半導体薄膜(膜厚3000
Å)を形成させた。また、他方の面側には、真空蒸着法
により、白金製加熱用薄膜ヒータ(膜厚約１μm)を形成
させた。
【００１８】このようにして作製されたガスセンサを用
い、これを40%相対湿度の空気中に24時間放置したもの
と96時間放置したものとの抵抗値変化を測定し、補正抵
抗値を求めると、共に図３の曲線に示されるような結果
が得られた。このことは、このガスセンサによる補正に
より、放置雰囲気の湿度による影響が軽減されることを
示している。
い、これを40%相対湿度の空気中に24時間放置したもの
と96時間放置したものとの抵抗値変化を測定し、補正抵
抗値を求めると、共に図３の曲線に示されるような結果
が得られた。このことは、このガスセンサによる補正に
より、放置雰囲気の湿度による影響が軽減されることを
示している。
【図１】本発明に係るガスセンサの一態様の表面図
(a)、そのI-I線断面図(b)および裏面図(c)である。
(a)、そのI-I線断面図(b)および裏面図(c)である。
【図２】40%相対湿度の空気中に24時間(実線)または96
時間(点線)放置したときのメタンガス濃度と抵抗値との
関係を示すグラフである。
時間(点線)放置したときのメタンガス濃度と抵抗値との
関係を示すグラフである。
【図３】40%相対湿度の空気中に24時間または96時間放
置したときのメタンガス濃度と補正抵抗値との関係を示
すグラフである。
置したときのメタンガス濃度と補正抵抗値との関係を示
すグラフである。
１ 水晶振動子 ４ 絶縁性薄膜 ５ 対向電極 ７ ガス感応膜 ８ 加熱用薄膜ヒータ
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁性薄膜で被覆された水晶振動子の一
方の面側に１組の対向電極および金属酸化物半導体ガス
感応膜を順次形成させ、他方の面側に加熱用薄膜ヒータ
を形成させてなるガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11076692A JP3166290B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11076692A JP3166290B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05281177A true JPH05281177A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3166290B2 JP3166290B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=14544041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11076692A Expired - Fee Related JP3166290B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3166290B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006587A1 (ja) * | 2004-07-12 | 2006-01-19 | Niigata University | ガス検知方法およびガスセンサ |
| JP2007533953A (ja) * | 2003-11-13 | 2007-11-22 | テクニシェ・ユニバーシテート・クラウシュタール | センサ、センサ機構、および測定方法 |
| WO2009142045A1 (ja) * | 2008-05-20 | 2009-11-26 | 日本電波工業株式会社 | 圧電センサ及び感知装置 |
| JP2010185890A (ja) * | 2010-06-02 | 2010-08-26 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 圧電センサ及び感知装置 |
| KR101355371B1 (ko) * | 2012-05-29 | 2014-01-27 | 포항공과대학교 산학협력단 | 전기적 특성과 질량변화를 동시에 측정하는 수정 진동자 미세 저울 센서 |
| JP2014145608A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Fujitsu Ltd | 環境測定装置及び環境測定方法 |
| JP2019015675A (ja) * | 2017-07-10 | 2019-01-31 | 富士通株式会社 | ガスセンサ、ガスセンサシステム、及びガス検出方法 |
| JP2020098113A (ja) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 株式会社東芝 | 分子検出装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101862653B1 (ko) | 2016-08-12 | 2018-05-31 | 최문수 | 가변형 스페이서가 구비된 차량용 거치대 |
| KR102049998B1 (ko) | 2017-04-03 | 2019-11-28 | 국동훈 | 물체 파지 장비 및 그 제조 방법 |
-
1992
- 1992-04-03 JP JP11076692A patent/JP3166290B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007533953A (ja) * | 2003-11-13 | 2007-11-22 | テクニシェ・ユニバーシテート・クラウシュタール | センサ、センサ機構、および測定方法 |
| WO2006006587A1 (ja) * | 2004-07-12 | 2006-01-19 | Niigata University | ガス検知方法およびガスセンサ |
| WO2009142045A1 (ja) * | 2008-05-20 | 2009-11-26 | 日本電波工業株式会社 | 圧電センサ及び感知装置 |
| JP2010185890A (ja) * | 2010-06-02 | 2010-08-26 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 圧電センサ及び感知装置 |
| KR101355371B1 (ko) * | 2012-05-29 | 2014-01-27 | 포항공과대학교 산학협력단 | 전기적 특성과 질량변화를 동시에 측정하는 수정 진동자 미세 저울 센서 |
| JP2014145608A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Fujitsu Ltd | 環境測定装置及び環境測定方法 |
| JP2019015675A (ja) * | 2017-07-10 | 2019-01-31 | 富士通株式会社 | ガスセンサ、ガスセンサシステム、及びガス検出方法 |
| JP2020098113A (ja) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 株式会社東芝 | 分子検出装置 |
| US11566977B2 (en) | 2018-12-17 | 2023-01-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3166290B2 (ja) | 2001-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |