JPH0552790A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH0552790A JPH0552790A JP24271891A JP24271891A JPH0552790A JP H0552790 A JPH0552790 A JP H0552790A JP 24271891 A JP24271891 A JP 24271891A JP 24271891 A JP24271891 A JP 24271891A JP H0552790 A JPH0552790 A JP H0552790A
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- metal oxide
- oxide semiconductor
- semiconductor thin
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ガスセンサにおける、金属酸化物半導体薄膜
表面に形成される凹凸の間隔、高さの制御可能な範囲を
広くし、その制御を容易にする。 【構成】 基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の
抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物半導
体薄膜ガスセンサにおいて、前記金属酸化物半導体薄膜
表面に凹凸を形成する手段として、（１）前記基板１上
に絶縁性物質の超微粒子薄膜２を中間層とし、その上に
前記中間層の凹凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半
導体薄膜３を設ける、（２）微細および超微細な凹凸を
設けた絶縁性基板上に、その凹凸に対応した凹凸面をも
つ金属酸化物半導体薄膜を設ける、（３）微細な凹凸を
設けた絶縁性基板上に、絶縁性物質の超微粒子薄膜を中
間層とし、その上に前記２つの凹凸に対応した凹凸面を
もつ金属酸化物半導体薄膜を設ける、のいずれかを用い
たガスセンサ。
表面に形成される凹凸の間隔、高さの制御可能な範囲を
広くし、その制御を容易にする。 【構成】 基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の
抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物半導
体薄膜ガスセンサにおいて、前記金属酸化物半導体薄膜
表面に凹凸を形成する手段として、（１）前記基板１上
に絶縁性物質の超微粒子薄膜２を中間層とし、その上に
前記中間層の凹凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半
導体薄膜３を設ける、（２）微細および超微細な凹凸を
設けた絶縁性基板上に、その凹凸に対応した凹凸面をも
つ金属酸化物半導体薄膜を設ける、（３）微細な凹凸を
設けた絶縁性基板上に、絶縁性物質の超微粒子薄膜を中
間層とし、その上に前記２つの凹凸に対応した凹凸面を
もつ金属酸化物半導体薄膜を設ける、のいずれかを用い
たガスセンサ。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、雰囲気中に特定ガスが存在する
ことを検知するガスセンサに関する。さらに詳しくは、
本発明は、基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の
抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物半導
体ガスセンサにおいて、金属酸化物半導体表面に微細お
よび超微細な凹凸を有するガスセンサに関する。
ことを検知するガスセンサに関する。さらに詳しくは、
本発明は、基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の
抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物半導
体ガスセンサにおいて、金属酸化物半導体表面に微細お
よび超微細な凹凸を有するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】ガス感応物質として金属酸化物半導体を用
い、(ｉ)その金属酸化物半導体裏面に電極及び絶縁膜を
介してヒーター膜を設け、あるいは(ii)その金属酸化物
半導体内部に電極及び電極をかねたヒーターコイルを設
け、それらヒーター膜及び／またはヒーターコイルによ
って加熱された金属酸化物半導体の抵抗値が表面でのガ
ス吸着によって変化することを利用したガスセンサは知
られている。このガスセンサの代表的な一つは薄膜ガス
センサであり、その概略は、図１(Ａ)、(Ｂ）に示した
ように、耐熱性基板１１の片側にガス感応膜１９とその
抵抗値変化を検出するための電極１３，１４が形成さ
れ、その反対側にヒーター膜１２が形成された構造を呈
している。なお、(Ａ)は断面図、(Ｂ)は斜視図である。
また、1５及び１６はヒーター膜１２への電力供給線、
１７及び１８はガス感応膜１９の信号取り出し線を表わ
している。一方、図２は他のガスセンサの代表的なもの
の概略を示しており、ここでは一対のコイル状電極２
１，２２間に２〜３mm角の金属酸化物半導体の焼結体
（ガス感応物質２０）を保持させており、この間の抵抗
値変化を検出する。なお、このタイプのガスセンサは、
一対の電極の一方（例えば電極２１）はヒーターコイル
を兼ねており、これによりガス感応物質２０を加熱す
る。図中、２３はベース、２４は電極ピンである。しか
し、図２に示したタイプのものでは消費電力が大きく、
また、熱容量が大きいため応答性に問題がある。これに
対して、図１に示したタイプのガスセンサは、ガス感応
物質が薄膜であるため消費電力、応答性とも良好であ
る。一方、ガス感度の面でさらに高ガス感度化を実現で
きれば、ガスセンサの用途が一層拡がる。そこで、ガス
感応物質である金属酸化物半導体薄膜表面に凹凸を設け
て表面積を拡大することを提案した。しかし、この方法
では金属酸化物半導体薄膜表面に直接、スパッタエッチ
ングを施すことにより凹凸を設けるため、金属酸化物半
導体薄膜表面に形成される凹凸の間隔、高さの制御可能
な範囲が限定される上に、その制御が困難であるという
欠点がある。
い、(ｉ)その金属酸化物半導体裏面に電極及び絶縁膜を
介してヒーター膜を設け、あるいは(ii)その金属酸化物
半導体内部に電極及び電極をかねたヒーターコイルを設
け、それらヒーター膜及び／またはヒーターコイルによ
って加熱された金属酸化物半導体の抵抗値が表面でのガ
ス吸着によって変化することを利用したガスセンサは知
られている。このガスセンサの代表的な一つは薄膜ガス
センサであり、その概略は、図１(Ａ)、(Ｂ）に示した
ように、耐熱性基板１１の片側にガス感応膜１９とその
抵抗値変化を検出するための電極１３，１４が形成さ
れ、その反対側にヒーター膜１２が形成された構造を呈
している。なお、(Ａ)は断面図、(Ｂ)は斜視図である。
また、1５及び１６はヒーター膜１２への電力供給線、
１７及び１８はガス感応膜１９の信号取り出し線を表わ
している。一方、図２は他のガスセンサの代表的なもの
の概略を示しており、ここでは一対のコイル状電極２
１，２２間に２〜３mm角の金属酸化物半導体の焼結体
（ガス感応物質２０）を保持させており、この間の抵抗
値変化を検出する。なお、このタイプのガスセンサは、
一対の電極の一方（例えば電極２１）はヒーターコイル
を兼ねており、これによりガス感応物質２０を加熱す
る。図中、２３はベース、２４は電極ピンである。しか
し、図２に示したタイプのものでは消費電力が大きく、
また、熱容量が大きいため応答性に問題がある。これに
対して、図１に示したタイプのガスセンサは、ガス感応
物質が薄膜であるため消費電力、応答性とも良好であ
る。一方、ガス感度の面でさらに高ガス感度化を実現で
きれば、ガスセンサの用途が一層拡がる。そこで、ガス
感応物質である金属酸化物半導体薄膜表面に凹凸を設け
て表面積を拡大することを提案した。しかし、この方法
では金属酸化物半導体薄膜表面に直接、スパッタエッチ
ングを施すことにより凹凸を設けるため、金属酸化物半
導体薄膜表面に形成される凹凸の間隔、高さの制御可能
な範囲が限定される上に、その制御が困難であるという
欠点がある。
【０００３】
【目的】本発明の目的は、ガスセンサにおけるガス感度
の向上にあるが、とくにガスセンサにおける金属酸化物
半導体薄膜表面に直接凹凸を形成することによる欠点を
解消し、間接的手段で凹凸を形成することにより、金属
酸化物半導体薄膜表面に形成される凹凸の間隔、高さの
制御可能な範囲を広くし、その制御を容易にする点にあ
る。
の向上にあるが、とくにガスセンサにおける金属酸化物
半導体薄膜表面に直接凹凸を形成することによる欠点を
解消し、間接的手段で凹凸を形成することにより、金属
酸化物半導体薄膜表面に形成される凹凸の間隔、高さの
制御可能な範囲を広くし、その制御を容易にする点にあ
る。
【０００４】
【構成】本発明における前記金属酸化物半導体薄膜表面
に凹凸を形成する手段は、大別して二つあり、その一つ
は(Ａ)基板表面に超微粒子薄膜を中間層として介在させ
る手段であり、他の一つは(Ｂ)基板表面それ自体に微細
および超微細な凹凸を設ける手段である。(Ａ)の考え方
を具現化したものが第一の本発明であり、(Ｂ)の考え方
を具現化したのが第二の本発明であり、(Ａ)と(Ｂ)の考
え方を併用したのが第三の本発明である。すなわち、第
一の本発明は、基板上に形成された金属酸化物半導体薄
膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物
半導体薄膜ガスセンサにおいて、前記基板上に絶縁性物
質の超微粒子薄膜を中間層とし、その上に前記中間層の
凹凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半導体薄膜を設
けたことを特徴とするガスセンサに関する。第二の本発
明は、基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の抵抗
値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物半導体薄
膜ガスセンサにおいて、微細および超微細な凹凸を設け
た絶縁性基板上に、その凹凸に対応した凹凸面をもつ金
属酸化物半導体薄膜を設けたことを特徴とするガスセン
サに関する。第三の本発明は、微細な凹凸を設けた基板
上に、絶縁性物質の超微粒子薄膜を中間層とし、その上
に前記２つの凹凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半
導体薄膜を設けたことを特徴とするガスセンサに関す
る。なお、本明細書においては、１μｍより大きい凹凸
を微細な凹凸と表現し、１μｍ以下の凹凸を超微細な凹
凸と表現した。
に凹凸を形成する手段は、大別して二つあり、その一つ
は(Ａ)基板表面に超微粒子薄膜を中間層として介在させ
る手段であり、他の一つは(Ｂ)基板表面それ自体に微細
および超微細な凹凸を設ける手段である。(Ａ)の考え方
を具現化したものが第一の本発明であり、(Ｂ)の考え方
を具現化したのが第二の本発明であり、(Ａ)と(Ｂ)の考
え方を併用したのが第三の本発明である。すなわち、第
一の本発明は、基板上に形成された金属酸化物半導体薄
膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物
半導体薄膜ガスセンサにおいて、前記基板上に絶縁性物
質の超微粒子薄膜を中間層とし、その上に前記中間層の
凹凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半導体薄膜を設
けたことを特徴とするガスセンサに関する。第二の本発
明は、基板上に形成された金属酸化物半導体薄膜の抵抗
値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物半導体薄
膜ガスセンサにおいて、微細および超微細な凹凸を設け
た絶縁性基板上に、その凹凸に対応した凹凸面をもつ金
属酸化物半導体薄膜を設けたことを特徴とするガスセン
サに関する。第三の本発明は、微細な凹凸を設けた基板
上に、絶縁性物質の超微粒子薄膜を中間層とし、その上
に前記２つの凹凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半
導体薄膜を設けたことを特徴とするガスセンサに関す
る。なお、本明細書においては、１μｍより大きい凹凸
を微細な凹凸と表現し、１μｍ以下の凹凸を超微細な凹
凸と表現した。
【０００５】
【超微粒子薄膜よりなる中間層を設ける場合】このケー
スの場合には基板は、絶縁性である必要はないが、耐熱
性であることが好ましい。そして、第一の本発明におい
ては、滑らかな基板を用い、該基板上に例えば蒸着、Ｃ
ＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法によって絶縁性物
質、例えばＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4，ＭｇＦ2，Ｔ
ａ2Ｏ5の超微粒子薄膜を中間層として形成させる。この
絶縁性超微粒子薄膜上に金属酸化物半導体薄膜を形成す
るには、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティン
グ、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を利用した
公知の薄膜形成法が使用できる。第一の本発明の概略を
図３に示す。図中、１は滑らかな基板であり、２は絶縁
性超微粒子薄膜であり、３は金属酸化物半導体薄膜であ
る。金属酸化物半導体薄膜の膜厚は、超微粒子中間層物
質の粒径に応じて目的とする程度の凹凸が発生する程度
のものに制御する。好ましい金属酸化物半導体薄膜の膜
厚と超微粒子の粒径との関係はたとえばつぎのようなも
のである。 . 前記中間層物質の粒径が０．００１〜０．０１μm
の場合には、金属酸化物半導体薄膜の膜厚０．００５〜
０．０５μmの膜を形成させることが好ましい。 . 前記中間層物質の粒径が０．０１〜１μmの場合に
は、金属酸化物半導体薄膜の膜厚０．０５〜５μmの膜
を形成させることが好ましい。 なぜならば、該超微粒子中間層上に金属酸化物半導体薄
膜を形成させる場合に、該金属酸化物半導体薄膜の膜厚
を大きくすると該金属酸化物半導体薄膜上には凹凸があ
まり形成されなくなってしまうからである。
スの場合には基板は、絶縁性である必要はないが、耐熱
性であることが好ましい。そして、第一の本発明におい
ては、滑らかな基板を用い、該基板上に例えば蒸着、Ｃ
ＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法によって絶縁性物
質、例えばＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4，ＭｇＦ2，Ｔ
ａ2Ｏ5の超微粒子薄膜を中間層として形成させる。この
絶縁性超微粒子薄膜上に金属酸化物半導体薄膜を形成す
るには、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティン
グ、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を利用した
公知の薄膜形成法が使用できる。第一の本発明の概略を
図３に示す。図中、１は滑らかな基板であり、２は絶縁
性超微粒子薄膜であり、３は金属酸化物半導体薄膜であ
る。金属酸化物半導体薄膜の膜厚は、超微粒子中間層物
質の粒径に応じて目的とする程度の凹凸が発生する程度
のものに制御する。好ましい金属酸化物半導体薄膜の膜
厚と超微粒子の粒径との関係はたとえばつぎのようなも
のである。 . 前記中間層物質の粒径が０．００１〜０．０１μm
の場合には、金属酸化物半導体薄膜の膜厚０．００５〜
０．０５μmの膜を形成させることが好ましい。 . 前記中間層物質の粒径が０．０１〜１μmの場合に
は、金属酸化物半導体薄膜の膜厚０．０５〜５μmの膜
を形成させることが好ましい。 なぜならば、該超微粒子中間層上に金属酸化物半導体薄
膜を形成させる場合に、該金属酸化物半導体薄膜の膜厚
を大きくすると該金属酸化物半導体薄膜上には凹凸があ
まり形成されなくなってしまうからである。
【０００６】
ａ）基板には絶縁性基板を用い、該絶縁性基板表面にド
ライエッチング例えばＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅの
ような不活性ガスイオンによるスパッタエッチングを行
なうことにより、前記絶縁性基板表面に微細および超微
細な凹凸を形成させ、凹凸加工された該絶縁性基板上に
金属酸化物半導体を蒸着、スパッタリング、イオンプレ
ーティング、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を
利用した公知の薄膜形成法により形成する。この結果得
られたものが、第二の本発明の１例であり、その概略を
図４に示す。絶縁性基板１の表面の超微細な凹凸４の程
度はスパッタエッチングの条件にもよるが、通常、間隔
０．００５〜０．１μm程度のものである。このことか
ら、このやり方は通常、０．００１〜０．３μm程度の
比較的薄い金属酸化物半導体薄膜６の表面に超微細な凹
凸を形成させる際に効果的である。 ｂ）絶縁性基板表面に機械的研磨、例えば酸化セリウム
などの超微粒子ラッピングパウダーで表面研磨を施すこ
とにより、前記絶縁性基板表面に微細および超微細な凹
凸を形成させ、凹凸加工された該絶縁性基板表面に金属
酸化物半導体薄膜を蒸着、スパッタリング、イオンプレ
ーティング、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を
利用した公知の薄膜形成法により形成する。この結果得
られたものが、第二の本発明のもう１つの態様であり、
その概略を図５に示す。通常、前記絶縁性基板１の表面
の凹凸５の間隔は、機械的研磨の条件にもよるが、０．
１〜１０μm程度である。このことから、前記金属酸化
物半導体薄膜７の膜厚が、通常、０．０１〜１５μm程
度と比較的厚くしても金属酸化物半導体薄膜７の表面に
凹凸を形成させることができる点が特徴的である。
ライエッチング例えばＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅの
ような不活性ガスイオンによるスパッタエッチングを行
なうことにより、前記絶縁性基板表面に微細および超微
細な凹凸を形成させ、凹凸加工された該絶縁性基板上に
金属酸化物半導体を蒸着、スパッタリング、イオンプレ
ーティング、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を
利用した公知の薄膜形成法により形成する。この結果得
られたものが、第二の本発明の１例であり、その概略を
図４に示す。絶縁性基板１の表面の超微細な凹凸４の程
度はスパッタエッチングの条件にもよるが、通常、間隔
０．００５〜０．１μm程度のものである。このことか
ら、このやり方は通常、０．００１〜０．３μm程度の
比較的薄い金属酸化物半導体薄膜６の表面に超微細な凹
凸を形成させる際に効果的である。 ｂ）絶縁性基板表面に機械的研磨、例えば酸化セリウム
などの超微粒子ラッピングパウダーで表面研磨を施すこ
とにより、前記絶縁性基板表面に微細および超微細な凹
凸を形成させ、凹凸加工された該絶縁性基板表面に金属
酸化物半導体薄膜を蒸着、スパッタリング、イオンプレ
ーティング、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を
利用した公知の薄膜形成法により形成する。この結果得
られたものが、第二の本発明のもう１つの態様であり、
その概略を図５に示す。通常、前記絶縁性基板１の表面
の凹凸５の間隔は、機械的研磨の条件にもよるが、０．
１〜１０μm程度である。このことから、前記金属酸化
物半導体薄膜７の膜厚が、通常、０．０１〜１５μm程
度と比較的厚くしても金属酸化物半導体薄膜７の表面に
凹凸を形成させることができる点が特徴的である。
【０００７】
【基板の凹凸と、超微粒子凹凸の併用】例えば、前記
ｂ）の機械的研磨により形成された凹凸を有する基板表
面上に、例えば蒸着、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学
反応法によって絶縁性化合物、例えばＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ
3，Ｓｉ3Ｎ4，ＭｇＦ2，Ｔａ2Ｏ5の超微粒子薄膜を中間
層として形成させ、該絶縁性超微粒子薄膜上に金属酸化
物半導体薄膜を蒸着、スパッタリング、イオンプレーテ
ィング、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を利用
した公知の薄膜形成法により形成する。その結果得られ
たものが、第三の本発明の１例であり、その概略を図６
に示す。機械的研磨により形成された基板１の表面上の
凹凸の間隔は前記ｂ）と同様であり、図６に記した絶縁
性超微粒子薄膜３を構成する超微粒子の粒径は、基板の
凹凸の間隔の１／５以下程度の粒径とすることが好まし
い。一方、金属酸化物半導体薄膜８の膜厚は前述のよう
に超微粒子の粒径に応じた膜厚とする。なぜなら、絶縁
性超微粒子薄膜３及び金属酸化物半導体薄膜８の膜厚を
厚くすると、該金属酸化物半導体薄膜上には凹凸があま
り形成されなくなってしまうからである。この方法で行
なうと、粗い凹凸と細かい凹凸の二つが形成され、金属
酸化物半導体薄膜の表面積が一層大きくなり、表面活性
点が増大することにより更にガス感度が向上する。
ｂ）の機械的研磨により形成された凹凸を有する基板表
面上に、例えば蒸着、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学
反応法によって絶縁性化合物、例えばＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ
3，Ｓｉ3Ｎ4，ＭｇＦ2，Ｔａ2Ｏ5の超微粒子薄膜を中間
層として形成させ、該絶縁性超微粒子薄膜上に金属酸化
物半導体薄膜を蒸着、スパッタリング、イオンプレーテ
ィング、ＣＶＤ等の物理的手法や気相化学反応法を利用
した公知の薄膜形成法により形成する。その結果得られ
たものが、第三の本発明の１例であり、その概略を図６
に示す。機械的研磨により形成された基板１の表面上の
凹凸の間隔は前記ｂ）と同様であり、図６に記した絶縁
性超微粒子薄膜３を構成する超微粒子の粒径は、基板の
凹凸の間隔の１／５以下程度の粒径とすることが好まし
い。一方、金属酸化物半導体薄膜８の膜厚は前述のよう
に超微粒子の粒径に応じた膜厚とする。なぜなら、絶縁
性超微粒子薄膜３及び金属酸化物半導体薄膜８の膜厚を
厚くすると、該金属酸化物半導体薄膜上には凹凸があま
り形成されなくなってしまうからである。この方法で行
なうと、粗い凹凸と細かい凹凸の二つが形成され、金属
酸化物半導体薄膜の表面積が一層大きくなり、表面活性
点が増大することにより更にガス感度が向上する。
【０００８】金属酸化物半導体の具体例としては、スズ
の酸化物が最も好ましいが、チタン、インジウム、タン
グステン、ニッケル、カドミウム、亜鉛あるいは鉄の酸
化物も使用できる。本発明のガスセンサは、ガス感応膜
である金属酸化物表面が微細および超微細凹凸化されて
いるものであればよいから、ガスセンサのタイプに特に
制限はなく、図１のタイプのほか、本発明者等が既に提
案してあるマイクロヒーター構造を有するガスセンサ
（特開平１−１６７６４５号）にも適用しうることが出
来る。基板としては、耐熱性基板であるシリコン、ガラ
ス、石英、アルミナ等のセラミックス、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｃｒ等から導電性、絶縁性を考慮して選択する必要
がある。ヒーター膜としては長期間安定な材料であるＰ
ｔ、ＳｉＣ、ＴａＮ2、ＮｉＣｒ、ＰｔＩｒ、ＰｔＲｈ
等が好ましく、厚さは通常０．３〜２μmである。電極
の層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｔａなどによる単層又はそれらの複合層もし
くは合金層からなる導電材料層で厚さ０．１〜２μmに
成膜して形成する。
の酸化物が最も好ましいが、チタン、インジウム、タン
グステン、ニッケル、カドミウム、亜鉛あるいは鉄の酸
化物も使用できる。本発明のガスセンサは、ガス感応膜
である金属酸化物表面が微細および超微細凹凸化されて
いるものであればよいから、ガスセンサのタイプに特に
制限はなく、図１のタイプのほか、本発明者等が既に提
案してあるマイクロヒーター構造を有するガスセンサ
（特開平１−１６７６４５号）にも適用しうることが出
来る。基板としては、耐熱性基板であるシリコン、ガラ
ス、石英、アルミナ等のセラミックス、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｃｒ等から導電性、絶縁性を考慮して選択する必要
がある。ヒーター膜としては長期間安定な材料であるＰ
ｔ、ＳｉＣ、ＴａＮ2、ＮｉＣｒ、ＰｔＩｒ、ＰｔＲｈ
等が好ましく、厚さは通常０．３〜２μmである。電極
の層は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｔａなどによる単層又はそれらの複合層もし
くは合金層からなる導電材料層で厚さ０．１〜２μmに
成膜して形成する。
【０００９】
実施例１ 金属塩化物と酸素とを用いた１５００℃以下でのＣＶＤ
法により、粒径１μm以下の多くの酸化物超微粒子が合
成できる。通常の滑らかな基板（耐熱性基板、例えばア
ルミナ）にＳｉＣｌ4と酸素を反応温度約７００℃程度
として常圧ＣＶＤ法により反応させる。ＳｉＣｌ4＋Ｏ2
＝ＳｉＯ2＋２Ｃｌ2の気相反応によって生成するＳｉＯ
2粒子の粒径は、反応条件によって数百Å〜数μmまで制
御できる。前述の反応温度７００℃では約０．３μmの
粒径の超微粒子薄膜が形成される。この時のＳｉＯ2超
微粒子薄膜の膜厚は０．５μmとした。次に、上記ＣＶ
Ｄ法で得られた粒径０．３μmのＳｉＯ2超微粒子薄膜上
に金属スズをターゲットとした反応性スパッタリングを
施す。スパッタガス圧（Ｏ2)は２．０Ｐａ、スパッタ速
度は５０Å／ｍｉｎ、膜厚は０．３μmとした。これら
の膜の形態は図３のようになる。そして、酸化スズ薄膜
を形成させた後、空気中で５００℃、３時間のアニール
を実施した。結果的に、得られた酸化スズ薄膜のガス感
度（Ｒａ／Ｒｇ）はアルミナ基板上に直接、酸化スズ薄
膜を形成させたものに比べて、きわめて大きくなった。
ここでＲａは空気中での抵抗値、Ｒｇはガス中での抵抗
値である。この理由は、形状的には表面が超微細化され
たことにより、表面積が増大し、それに伴いガスの吸着
面積が増大したためである。化学的には、表面が活性化
されガスの吸脱着や酸化還元反応が速やかに進むように
なったためである。 実施例２ 通常の滑らかな基板（耐熱性基板、例えばアルミナ）に
５００メッシュのラッピングパウダーにより研磨を施
し、次に１５００〜２０００メッシュのラッピングパウ
ダーにより研磨を施す。更に、酸化セリウムなどの超微
粒子ラッピングパウダーにより研磨を施す。これらの機
械的研磨により基板表面に３μm程度の凹凸加工をする
ことができる。また、該機械的研磨を施した基板表面に
はさらに超微細な亀裂（歪）ができる。該機械的研磨を
施した基板上に実施例１記載の反応性スパッタリングで
直接、酸化スズ薄膜の金属酸化物半導体薄膜を形成させ
ると、該金属酸化物半導体薄膜上に２．５μm程度の凹
凸が形成される。得られた酸化スズ薄膜のガス感度（Ｒ
ａ／Ｒｇ）はアルミナ基板上に直接、酸化スズ薄膜を形
成させたものに比べて、きわめて大きくなった。この理
由は、実施例１と同様である。 実施例３ 実施例２記載の方法で機械的研磨を施した基板表面に実
施例１と同様の方法でＳｉＯ2の絶縁性超微粒子層（膜
厚０．５μm）及び、酸化スズの金属酸化物半導体層
（膜厚０．３μm）を形成させると、図６に記したよう
な形態の膜が得られる。得られた酸化スズ薄膜上には基
板の機械的研磨により形成した凹凸に従うものとＣＶＤ
法により形成したＳｉＯ2の超微細な凹凸に従うものと
ができた。更に、酸化スズ薄膜上には前述したように基
板表面の機械的研磨の過程で生じた超微細な亀裂（歪）
による超微細な凹凸も見られる。このように形成された
酸化スズ薄膜のガス感度（Ｒａ／Ｒｇ）はアルミナ基板
上に直接、酸化スズ薄膜を形成させたものに比べて、き
わめて大きくなった。この理由は、実施例１の理由と同
様であり、この場合はとくに凹凸を形成させる際に、二
種の加工法を組み合わせたことが効果的であった。
法により、粒径１μm以下の多くの酸化物超微粒子が合
成できる。通常の滑らかな基板（耐熱性基板、例えばア
ルミナ）にＳｉＣｌ4と酸素を反応温度約７００℃程度
として常圧ＣＶＤ法により反応させる。ＳｉＣｌ4＋Ｏ2
＝ＳｉＯ2＋２Ｃｌ2の気相反応によって生成するＳｉＯ
2粒子の粒径は、反応条件によって数百Å〜数μmまで制
御できる。前述の反応温度７００℃では約０．３μmの
粒径の超微粒子薄膜が形成される。この時のＳｉＯ2超
微粒子薄膜の膜厚は０．５μmとした。次に、上記ＣＶ
Ｄ法で得られた粒径０．３μmのＳｉＯ2超微粒子薄膜上
に金属スズをターゲットとした反応性スパッタリングを
施す。スパッタガス圧（Ｏ2)は２．０Ｐａ、スパッタ速
度は５０Å／ｍｉｎ、膜厚は０．３μmとした。これら
の膜の形態は図３のようになる。そして、酸化スズ薄膜
を形成させた後、空気中で５００℃、３時間のアニール
を実施した。結果的に、得られた酸化スズ薄膜のガス感
度（Ｒａ／Ｒｇ）はアルミナ基板上に直接、酸化スズ薄
膜を形成させたものに比べて、きわめて大きくなった。
ここでＲａは空気中での抵抗値、Ｒｇはガス中での抵抗
値である。この理由は、形状的には表面が超微細化され
たことにより、表面積が増大し、それに伴いガスの吸着
面積が増大したためである。化学的には、表面が活性化
されガスの吸脱着や酸化還元反応が速やかに進むように
なったためである。 実施例２ 通常の滑らかな基板（耐熱性基板、例えばアルミナ）に
５００メッシュのラッピングパウダーにより研磨を施
し、次に１５００〜２０００メッシュのラッピングパウ
ダーにより研磨を施す。更に、酸化セリウムなどの超微
粒子ラッピングパウダーにより研磨を施す。これらの機
械的研磨により基板表面に３μm程度の凹凸加工をする
ことができる。また、該機械的研磨を施した基板表面に
はさらに超微細な亀裂（歪）ができる。該機械的研磨を
施した基板上に実施例１記載の反応性スパッタリングで
直接、酸化スズ薄膜の金属酸化物半導体薄膜を形成させ
ると、該金属酸化物半導体薄膜上に２．５μm程度の凹
凸が形成される。得られた酸化スズ薄膜のガス感度（Ｒ
ａ／Ｒｇ）はアルミナ基板上に直接、酸化スズ薄膜を形
成させたものに比べて、きわめて大きくなった。この理
由は、実施例１と同様である。 実施例３ 実施例２記載の方法で機械的研磨を施した基板表面に実
施例１と同様の方法でＳｉＯ2の絶縁性超微粒子層（膜
厚０．５μm）及び、酸化スズの金属酸化物半導体層
（膜厚０．３μm）を形成させると、図６に記したよう
な形態の膜が得られる。得られた酸化スズ薄膜上には基
板の機械的研磨により形成した凹凸に従うものとＣＶＤ
法により形成したＳｉＯ2の超微細な凹凸に従うものと
ができた。更に、酸化スズ薄膜上には前述したように基
板表面の機械的研磨の過程で生じた超微細な亀裂（歪）
による超微細な凹凸も見られる。このように形成された
酸化スズ薄膜のガス感度（Ｒａ／Ｒｇ）はアルミナ基板
上に直接、酸化スズ薄膜を形成させたものに比べて、き
わめて大きくなった。この理由は、実施例１の理由と同
様であり、この場合はとくに凹凸を形成させる際に、二
種の加工法を組み合わせたことが効果的であった。
【００１０】
【効果】本発明は、ガス感応層の下地に微細および超微
細凹凸加工することにより、この処理が施されていない
ものに比べて、その感度をきわめて大きくすることがで
きる。また、本発明は、金属酸化物半導体薄膜表面に形
成される凹凸の間隔、高さの制御可能な範囲が広く、こ
れらの制御が容易である。
細凹凸加工することにより、この処理が施されていない
ものに比べて、その感度をきわめて大きくすることがで
きる。また、本発明は、金属酸化物半導体薄膜表面に形
成される凹凸の間隔、高さの制御可能な範囲が広く、こ
れらの制御が容易である。
【図１】薄膜状ガス感応膜をもつ具体例ガスセンサの１
例であり、(Ａ)は断面図、(Ｂ)は斜視図である。
例であり、(Ａ)は断面図、(Ｂ)は斜視図である。
【図２】従来型ガスセンサの１例を示す斜視図である。
【図３】第１の本発明の１例を示す断面図である。
【図４】第２の本発明の１例を示す断面図である。
【図５】第２の本発明の他の１例を示す断面図である。
【図６】第３の本発明の１例を示す断面図である。
１ 基板 ２ 絶縁性化合物の超微粒子薄膜 ３ 金属酸化物半導体薄膜 ４ スパッタエッチングにより形成された基板上の凹凸 ５ 機械的研磨により形成された基板上の凹凸 ６ 金属酸化物半導体薄膜 ７ 金属酸化物半導体薄膜 ８ 金属酸化物半導体薄膜 11 基板 12 ヒーター膜 13 電極 14 電極 15 電力供給線 16 電力供給線 17 信号取り出し線 18 信号取り出し線 19 ガス感応膜 20 ガス感応物質 21 コイル状電極 22 コイル状電極 23 ベース 24 電極ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 和三郎 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 山口 隆行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 間中 順二 東京都大田区大森西１丁目９番17号 リコ ー精器株式会社内 (72)発明者 高野 重樹 東京都大田区大森西１丁目９番17号 リコ ー精器株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成された金属酸化物半導体薄
膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物
半導体薄膜ガスセンサにおいて、前記基板上に絶縁性物
質の超微粒子薄膜を中間層とし、その上に前記中間層の
凹凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半導体薄膜を設
けたことを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項２】 基板上に形成された金属酸化物半導体薄
膜の抵抗値変化を利用してガス検出を行なう金属酸化物
半導体薄膜ガスセンサにおいて、微細および超微細な凹
凸を設けた絶縁性基板上に、その凹凸に対応した凹凸面
をもつ金属酸化物半導体薄膜を設けたことを特徴とする
ガスセンサ。 - 【請求項３】 微細な凹凸を設けた基板上に、絶縁性物
質の超微粒子薄膜を中間層とし、その上に前記２つの凹
凸に対応した凹凸面をもつ金属酸化物半導体薄膜を設け
たことを特徴とするガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24271891A JPH0552790A (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24271891A JPH0552790A (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552790A true JPH0552790A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=17093211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24271891A Pending JPH0552790A (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0552790A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003065989A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-05 | Uchiya Thermostat Kk | 金属酸化物半導体ガスセンサ |
| JP2007078513A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Horiba Ltd | 半導体ガスセンサ |
| JP2008209373A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Adixen Sensistor Ab | 改良された水素ガス感知半導体センサ |
| CN100422730C (zh) * | 2005-11-14 | 2008-10-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 纳米结构有序多孔薄膜型气敏元件及其制备方法 |
| JP2009300107A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Kobe Univ | 基板型ガス検知素子およびガス感応層の構成粒子の製造方法 |
| JP2015068802A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 国立大学法人 岡山大学 | 薄膜型水素ガスセンサ |
| CN111044181A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-21 | 华南理工大学 | 梯度零泊松比结构电容式柔性触觉传感器及其制备方法 |
-
1991
- 1991-08-28 JP JP24271891A patent/JPH0552790A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003065989A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-05 | Uchiya Thermostat Kk | 金属酸化物半導体ガスセンサ |
| JP4659295B2 (ja) * | 2001-08-27 | 2011-03-30 | ウチヤ・サーモスタット株式会社 | 金属酸化物半導体ガスセンサ |
| JP2007078513A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Horiba Ltd | 半導体ガスセンサ |
| CN100422730C (zh) * | 2005-11-14 | 2008-10-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 纳米结构有序多孔薄膜型气敏元件及其制备方法 |
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| JP2009300107A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Kobe Univ | 基板型ガス検知素子およびガス感応層の構成粒子の製造方法 |
| JP2015068802A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 国立大学法人 岡山大学 | 薄膜型水素ガスセンサ |
| CN111044181A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-21 | 华南理工大学 | 梯度零泊松比结构电容式柔性触觉传感器及其制备方法 |
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