JPH0580008A - 「薄膜タイプの接合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法 - Google Patents
「薄膜タイプの接合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法Info
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- JPH0580008A JPH0580008A JP3245756A JP24575691A JPH0580008A JP H0580008 A JPH0580008 A JP H0580008A JP 3245756 A JP3245756 A JP 3245756A JP 24575691 A JP24575691 A JP 24575691A JP H0580008 A JPH0580008 A JP H0580008A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ガス、湿度、溶媒等の試料を検出する感度のよ
い「薄膜タイプの接合型化学センサ」を提供する。 【構成】上部電極３、これに接合する第１薄膜部材１、
第１薄膜部材と接合する第２薄膜部材２、及びこれに接
合する下部電極４とからなり、第１薄膜部材と第２薄膜
部材との接合界面が露出している「薄膜タイプの接合型
化学センサ」において、接合界面に光を照射するための
光照射手段を設け、光を照射したときのセンサ出力を測
定する。
い「薄膜タイプの接合型化学センサ」を提供する。 【構成】上部電極３、これに接合する第１薄膜部材１、
第１薄膜部材と接合する第２薄膜部材２、及びこれに接
合する下部電極４とからなり、第１薄膜部材と第２薄膜
部材との接合界面が露出している「薄膜タイプの接合型
化学センサ」において、接合界面に光を照射するための
光照射手段を設け、光を照射したときのセンサ出力を測
定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学センサ、特にガ
ス、湿度、溶媒等の試料を検出する、「薄膜タイプの接
合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法に関
するものである。
ス、湿度、溶媒等の試料を検出する、「薄膜タイプの接
合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＣＯ、Ｃｌ2 、ＮＯX 、ＳＯX、
オゾン、フロンその他のガス、湿度、アルコール、エー
テル、アセトン、トルエン、ガソリン、ペンタン、シン
ナーその他の溶媒などの試料を検出する化学センサが提
案されている。例えば、特開昭62− 90529号、日本化学
会誌1985年NO.６第1154〜1159頁、日本化学会誌1987年N
O.３第 477〜 483頁などを参照されたい。
オゾン、フロンその他のガス、湿度、アルコール、エー
テル、アセトン、トルエン、ガソリン、ペンタン、シン
ナーその他の溶媒などの試料を検出する化学センサが提
案されている。例えば、特開昭62− 90529号、日本化学
会誌1985年NO.６第1154〜1159頁、日本化学会誌1987年N
O.３第 477〜 483頁などを参照されたい。
【０００３】化学センサには、例えば単なる吸着或いは
内部拡散を検出する方式の単体型センサや触媒担持型の
センサなどもあるが、また、異種物質を接合する接合型
のセンサも提案されている。接合型のセンサの一例は、
図５(a) (b) に示すように上部電極(3) 、該上部電極に
接合する第１物質からなる第１部材(1) 該第１部材と接
合する第２物質からなる第２部材(2) 、及び該第２部材
と接合する下部電極(4) とからなり、第１部材と第２部
材との接合界面が露出している構造を有する。そして上
部電極(3) 及び下部電極(4) に外部配線をはんだ付け
し、それらを通じて外部電源から電圧を印加するかまた
は電流を流すことにより電気的情報（出力）を得る。
内部拡散を検出する方式の単体型センサや触媒担持型の
センサなどもあるが、また、異種物質を接合する接合型
のセンサも提案されている。接合型のセンサの一例は、
図５(a) (b) に示すように上部電極(3) 、該上部電極に
接合する第１物質からなる第１部材(1) 該第１部材と接
合する第２物質からなる第２部材(2) 、及び該第２部材
と接合する下部電極(4) とからなり、第１部材と第２部
材との接合界面が露出している構造を有する。そして上
部電極(3) 及び下部電極(4) に外部配線をはんだ付け
し、それらを通じて外部電源から電圧を印加するかまた
は電流を流すことにより電気的情報（出力）を得る。
【０００４】この種の化学センサは接合型化学センサと
呼ばれ、第１部材には、例えばｐ型半導体である酸化銅
（CuＯ）や酸化ニッケル（NiＯ）の焼結体が、第２部材
には、例えばｎ型半導体である酸化亜鉛（ZnＯ）の焼結
体やＣＶＤ法（真空薄膜形成技術の１種）で形成された
ZnＯ薄膜がそれぞれ使用されている。この種の接合型化
学センサが試料を検出する機構については、まだ十分に
解明されておらず、不明であるが、第１部材と第２部材
との接合界面が露出していることが必要であり、この露
出した接合界面に試料が接触すると、第１部材と第２部
材との間の電気的関係が変化する。そこで、この変化を
第１部材に接合した上部電極と、第２部材に接合した下
部電極とを通じて検出するのである。実際に検出される
電気的情報は、電流、電圧、電気抵抗、整流特性、静電
容量等である。接合界面又はその近傍へ試料が吸着した
り離脱したときに、キャリアが第１部材又は第２部材の
一方から他方へ注入したり、キャリアが消滅したり、或
いは界面ポテンシャルエネルギーが変化することによっ
て、これらの電気的情報が得られるものと推定されてい
る。
呼ばれ、第１部材には、例えばｐ型半導体である酸化銅
（CuＯ）や酸化ニッケル（NiＯ）の焼結体が、第２部材
には、例えばｎ型半導体である酸化亜鉛（ZnＯ）の焼結
体やＣＶＤ法（真空薄膜形成技術の１種）で形成された
ZnＯ薄膜がそれぞれ使用されている。この種の接合型化
学センサが試料を検出する機構については、まだ十分に
解明されておらず、不明であるが、第１部材と第２部材
との接合界面が露出していることが必要であり、この露
出した接合界面に試料が接触すると、第１部材と第２部
材との間の電気的関係が変化する。そこで、この変化を
第１部材に接合した上部電極と、第２部材に接合した下
部電極とを通じて検出するのである。実際に検出される
電気的情報は、電流、電圧、電気抵抗、整流特性、静電
容量等である。接合界面又はその近傍へ試料が吸着した
り離脱したときに、キャリアが第１部材又は第２部材の
一方から他方へ注入したり、キャリアが消滅したり、或
いは界面ポテンシャルエネルギーが変化することによっ
て、これらの電気的情報が得られるものと推定されてい
る。
【０００５】日本化学会誌1987年NO.３第 477〜 483頁
によれば、ｐ型半導体であるCuＯ焼結体とｎ型半導体で
あるZnＯ焼結体とを圧着させてなる接合型化学センサの
検出機構は、 1)吸着酸素の離脱によるZnＯ表面のエネルギー障壁の低
下 2)CuＯ表面へのガスの化学吸着によって生じる界面準位
を経由する電流輸送 の２つが単独又は同時に進行することにあるとされてい
る。
によれば、ｐ型半導体であるCuＯ焼結体とｎ型半導体で
あるZnＯ焼結体とを圧着させてなる接合型化学センサの
検出機構は、 1)吸着酸素の離脱によるZnＯ表面のエネルギー障壁の低
下 2)CuＯ表面へのガスの化学吸着によって生じる界面準位
を経由する電流輸送 の２つが単独又は同時に進行することにあるとされてい
る。
【０００６】電気的情報は、再現性があるので、予め、
既知の試料について、これらの情報と試料の種類や量
（濃度）との相関関係を測定しておく。そうすれば、未
知の試料について、これらの情報を測定し、前に測定し
ておいた相関関係から、その試料の種類や量（濃度）を
検出することができる。すなわち、従来の、単なる吸着
或いは内部拡散を検出する方式の単体型センサや触媒担
持型のセンサでは、複数種の試料に同一の電気的情報
を出力してしまい、試料の選択性がなかったり、繰り
返し使用する場合に再生処理（例えば、加熱等のリフレ
ッシュ）が必要であったりしたが、接合型化学センサ
は、これらの欠点が少ないことから、実用化に向けて大
きな期待が寄せられている。
既知の試料について、これらの情報と試料の種類や量
（濃度）との相関関係を測定しておく。そうすれば、未
知の試料について、これらの情報を測定し、前に測定し
ておいた相関関係から、その試料の種類や量（濃度）を
検出することができる。すなわち、従来の、単なる吸着
或いは内部拡散を検出する方式の単体型センサや触媒担
持型のセンサでは、複数種の試料に同一の電気的情報
を出力してしまい、試料の選択性がなかったり、繰り
返し使用する場合に再生処理（例えば、加熱等のリフレ
ッシュ）が必要であったりしたが、接合型化学センサ
は、これらの欠点が少ないことから、実用化に向けて大
きな期待が寄せられている。
【０００７】最近、薄膜タイプの接合型化学センサが提
案された（特願平３−38622号）。この薄膜タイプの接
合型化学センサは、センサ部材或いはセンサ部材と電極
が薄膜で構成されており、この薄膜は主に真空薄膜形成
技術、例えば真空蒸着、スパッタリング、イオンプレー
ティング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等で成膜されたものである。
薄膜タイプの接合型化学センサは、センサ部材として焼
結体や厚膜（原料の塗布、その後の焼成により成膜する
厚膜法によりつくられた厚さ10μｍ以上の膜）を使用す
るものに比べて、センサ部材が緻密であり、均質であ
り、薄く（１μｍ以下）、かつ表面が平滑であることか
ら、優れた性能を持つ。そして、接合面に垂直な方向か
ら見たとき、所定の形状になるようセンサをパターニン
グすれば、露出した接合界面の長さが接触面積と比して
長くなり、より優れたセンサとなる。
案された（特願平３−38622号）。この薄膜タイプの接
合型化学センサは、センサ部材或いはセンサ部材と電極
が薄膜で構成されており、この薄膜は主に真空薄膜形成
技術、例えば真空蒸着、スパッタリング、イオンプレー
ティング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等で成膜されたものである。
薄膜タイプの接合型化学センサは、センサ部材として焼
結体や厚膜（原料の塗布、その後の焼成により成膜する
厚膜法によりつくられた厚さ10μｍ以上の膜）を使用す
るものに比べて、センサ部材が緻密であり、均質であ
り、薄く（１μｍ以下）、かつ表面が平滑であることか
ら、優れた性能を持つ。そして、接合面に垂直な方向か
ら見たとき、所定の形状になるようセンサをパターニン
グすれば、露出した接合界面の長さが接触面積と比して
長くなり、より優れたセンサとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
薄膜タイプの接合型化学センサは、感度が充分でないと
いう問題点があった。極端な場合には、図６に示すよう
に全く感度を示さない。本発明の目的は、感度のよい
「薄膜タイプの接合型化学センサ」とそれを用いた試料
の検出方法を提供することにある。
薄膜タイプの接合型化学センサは、感度が充分でないと
いう問題点があった。極端な場合には、図６に示すよう
に全く感度を示さない。本発明の目的は、感度のよい
「薄膜タイプの接合型化学センサ」とそれを用いた試料
の検出方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】本発明者らは、鋭意研究の
結果、測定（検出）時に接合界面に光を照射することに
より、光電流（光照射時の電流−暗電流）が観測される
ことを見いだした。この光電流を測定することにより、
光を照射しないで電圧を印加した状態（このときの電流
を暗電流という）のみを測定するよりも、センサの感度
が向上することを見いだし、本発明を成すに至った。
結果、測定（検出）時に接合界面に光を照射することに
より、光電流（光照射時の電流−暗電流）が観測される
ことを見いだした。この光電流を測定することにより、
光を照射しないで電圧を印加した状態（このときの電流
を暗電流という）のみを測定するよりも、センサの感度
が向上することを見いだし、本発明を成すに至った。
【００１０】よって、本発明は第１に、上部電極、該上
部電極に接合する第１物質からなる第１薄膜部材、該第
１薄膜部材と接合する第２物質からなる第２薄膜部材、
及び該第２薄膜部材と接合する下部電極とからなり、第
１薄膜部材と第２薄膜部材との接合界面が露出している
「薄膜タイプの接合型化学センサ」において、接合界面
に光を照射するための光照射手段を設けたことを特徴と
する「薄膜タイプの接合型化学センサ」を提供するもの
である。
部電極に接合する第１物質からなる第１薄膜部材、該第
１薄膜部材と接合する第２物質からなる第２薄膜部材、
及び該第２薄膜部材と接合する下部電極とからなり、第
１薄膜部材と第２薄膜部材との接合界面が露出している
「薄膜タイプの接合型化学センサ」において、接合界面
に光を照射するための光照射手段を設けたことを特徴と
する「薄膜タイプの接合型化学センサ」を提供するもの
である。
【００１１】また、本発明は第２に、「薄膜タイプの接
合型化学センサ」の接合界面に試料を接触させて、セン
サ出力の変化を測定することにより試料の検出を行なう
検出方法において、測定時に接合界面に光を照射するこ
とを特徴とする検出方法を提供するものである。さら
に、本発明者らは、「薄膜タイプの接合型化学センサ」
において、センサの形成された基板の裏面に光反射層を
設けることにより、より有効に光を界面に照射すること
ができることを見いだした。本発明は、そのような光反
射層を設けた「薄膜タイプの接合型化学センサ」をも提
供するものである。
合型化学センサ」の接合界面に試料を接触させて、セン
サ出力の変化を測定することにより試料の検出を行なう
検出方法において、測定時に接合界面に光を照射するこ
とを特徴とする検出方法を提供するものである。さら
に、本発明者らは、「薄膜タイプの接合型化学センサ」
において、センサの形成された基板の裏面に光反射層を
設けることにより、より有効に光を界面に照射すること
ができることを見いだした。本発明は、そのような光反
射層を設けた「薄膜タイプの接合型化学センサ」をも提
供するものである。
【００１２】
【作用】本発明の薄膜タイプの接合型化学センサのセン
サ部材（第１薄膜部材及び第２薄膜部材）は、真空薄
膜形成技術例えば真空蒸着、イオンプレーティング、ス
パッタリング、ＣＶＤ法などや、電着、メッキ、スピ
ンコーティング、スプレー法等の薄膜形成法により形成
（成膜）する。
サ部材（第１薄膜部材及び第２薄膜部材）は、真空薄
膜形成技術例えば真空蒸着、イオンプレーティング、ス
パッタリング、ＣＶＤ法などや、電着、メッキ、スピ
ンコーティング、スプレー法等の薄膜形成法により形成
（成膜）する。
【００１３】第１薄膜部材と第２薄膜部材との組み合わ
せの例としては、例えば、ｐ型半導体とｎ型半導体、酸
と塩基、酸化性物質と還元性物質、イオン化傾向の大な
る物質と小なる物質などが挙げられる。ｐ型半導体とし
ては、例えば、NiＯ、CuＯ、Cu2Ｏ、CoＯ、Cr2Ｏ3 、Mn
Ｏ2 、MnＯ、MoＯ2 、α−BiＯ3 、 p−Si等があり、こ
れに組み合わされるｎ型半導体としては、例えば、ＷＯ
3 、ZnＯ、TiＯ2 、BeＯ、SnＯ2 、Ｖ2Ｏ5、Fe2Ｏ3 、C
dＯ、SiＣ、In2Ｏ3 、ThＯ2 、Al2Ｏ3 、Nb2Ｏ5 、Ta2
Ｏ5 、BaTiＯ3 、SrTiＯ3 、PbCrＯ3 、 n−Si等があ
る。酸性物質としては、例えば、TiＯ2 、ZrＯ2 等があ
り、これに組み合わされる塩基性物質としては、例え
ば、MgＯ、NiＯ、MgCrＯ4 等がある。
せの例としては、例えば、ｐ型半導体とｎ型半導体、酸
と塩基、酸化性物質と還元性物質、イオン化傾向の大な
る物質と小なる物質などが挙げられる。ｐ型半導体とし
ては、例えば、NiＯ、CuＯ、Cu2Ｏ、CoＯ、Cr2Ｏ3 、Mn
Ｏ2 、MnＯ、MoＯ2 、α−BiＯ3 、 p−Si等があり、こ
れに組み合わされるｎ型半導体としては、例えば、ＷＯ
3 、ZnＯ、TiＯ2 、BeＯ、SnＯ2 、Ｖ2Ｏ5、Fe2Ｏ3 、C
dＯ、SiＣ、In2Ｏ3 、ThＯ2 、Al2Ｏ3 、Nb2Ｏ5 、Ta2
Ｏ5 、BaTiＯ3 、SrTiＯ3 、PbCrＯ3 、 n−Si等があ
る。酸性物質としては、例えば、TiＯ2 、ZrＯ2 等があ
り、これに組み合わされる塩基性物質としては、例え
ば、MgＯ、NiＯ、MgCrＯ4 等がある。
【００１４】酸化性物質としては、例えば、AlＮ、ZnＯ
等があり、これに組み合わされる還元性物質としては、
例えば、CaＯ、Ｙ2Ｏ3 等がある。両材料の厚さは、例
えば、0.1 〜１μｍ位あれば十分である。電極材料とし
ては、アルミニウム、金、白金、銀、銅、ステンレス、
鉄、ロジウム、インジウム等の金属や、酸化スズ、酸化
インジウム、ＩＴＯ（酸化インジウムに少量の酸化スズ
を混合したもの）などが使用される。特に上部電極は試
料に触れることが多いので、耐食性の高い金、白金が推
奨される。
等があり、これに組み合わされる還元性物質としては、
例えば、CaＯ、Ｙ2Ｏ3 等がある。両材料の厚さは、例
えば、0.1 〜１μｍ位あれば十分である。電極材料とし
ては、アルミニウム、金、白金、銀、銅、ステンレス、
鉄、ロジウム、インジウム等の金属や、酸化スズ、酸化
インジウム、ＩＴＯ（酸化インジウムに少量の酸化スズ
を混合したもの）などが使用される。特に上部電極は試
料に触れることが多いので、耐食性の高い金、白金が推
奨される。
【００１５】電極も、真空薄膜形成技術例えば真空蒸
着、イオンプレーティング、スパッタリング、ＣＶＤ法
などや、電着、メッキ、スピンコーティング、スプレ
ー法等の薄膜形成法により形成することが好ましい。先
に述べたように、薄膜タイプの接合型化学センサでは、
感度をあげるために第１、第２部材の接合界面の露出し
た長さを増加させるべく、接合面に垂直な方向から見た
とき、センサを所定形状にパターニングするが、パター
ニングの１種として、センサに垂直な孔や溝を開けても
よい。孔は、ドットマトリックス状に多数設けてもよ
く、また、溝は、蛇行又は「つづら折り状」に形成して
もよい。孔又は溝を形成するには（孔又は溝の最小単位
寸法が）数10μｍ程度以下が好ましいので、フォトリソ
グラフィとそれに続くエッチング技術（湿式もしくは乾
式）またはリフトオフ法を使用することが好ましい。し
かし、レーザーカッティングや機械的な切断法を採用し
てもよい。このように最初にセンサを薄い平板状に形成
し、その後、孔又は溝を形成することにより、露出した
接合界面の長さを増加させることができる。
着、イオンプレーティング、スパッタリング、ＣＶＤ法
などや、電着、メッキ、スピンコーティング、スプレ
ー法等の薄膜形成法により形成することが好ましい。先
に述べたように、薄膜タイプの接合型化学センサでは、
感度をあげるために第１、第２部材の接合界面の露出し
た長さを増加させるべく、接合面に垂直な方向から見た
とき、センサを所定形状にパターニングするが、パター
ニングの１種として、センサに垂直な孔や溝を開けても
よい。孔は、ドットマトリックス状に多数設けてもよ
く、また、溝は、蛇行又は「つづら折り状」に形成して
もよい。孔又は溝を形成するには（孔又は溝の最小単位
寸法が）数10μｍ程度以下が好ましいので、フォトリソ
グラフィとそれに続くエッチング技術（湿式もしくは乾
式）またはリフトオフ法を使用することが好ましい。し
かし、レーザーカッティングや機械的な切断法を採用し
てもよい。このように最初にセンサを薄い平板状に形成
し、その後、孔又は溝を形成することにより、露出した
接合界面の長さを増加させることができる。
【００１６】試料はしばしば腐食性であり、耐食性の高
い電極材料を使用しても、電極特に上部電極が腐食され
る恐れがある。腐食が進むと、やがて消滅する恐れがあ
るばかりでなく、僅かな腐食、また腐食しなくとも試料
の付着のみでも電気抵抗が変化し電気的情報に悪影響が
ある。従って、電極特に上部電極の上に保護膜を形成す
ることが好ましい。保護膜の材料としては、酸化ケイ
素、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジル
コニウム、フッ化マグネウシム、窒化ケイ素、窒化チタ
ン、カーボン薄膜、ダイヤモンド状カーボン薄膜、ダイ
ヤモンド薄膜、炭化ケイ素、炭化チタンなどが挙げられ
る。保護膜の厚さは、0.01〜100 μｍもあれば十分であ
る。従って、保護膜は薄膜形成技術で形成することがで
きる。電極、第１、第２薄膜部材、保護膜の全てを薄膜
形成技術で製造することは、製造コストの低減になるの
で好ましい。保護膜を形成した後でも孔又は溝を形成す
ることは可能であり、それが好ましい。
い電極材料を使用しても、電極特に上部電極が腐食され
る恐れがある。腐食が進むと、やがて消滅する恐れがあ
るばかりでなく、僅かな腐食、また腐食しなくとも試料
の付着のみでも電気抵抗が変化し電気的情報に悪影響が
ある。従って、電極特に上部電極の上に保護膜を形成す
ることが好ましい。保護膜の材料としては、酸化ケイ
素、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジル
コニウム、フッ化マグネウシム、窒化ケイ素、窒化チタ
ン、カーボン薄膜、ダイヤモンド状カーボン薄膜、ダイ
ヤモンド薄膜、炭化ケイ素、炭化チタンなどが挙げられ
る。保護膜の厚さは、0.01〜100 μｍもあれば十分であ
る。従って、保護膜は薄膜形成技術で形成することがで
きる。電極、第１、第２薄膜部材、保護膜の全てを薄膜
形成技術で製造することは、製造コストの低減になるの
で好ましい。保護膜を形成した後でも孔又は溝を形成す
ることは可能であり、それが好ましい。
【００１７】光照射に用いる光は波長 200〜500nm 付近
が好ましい。さらに、図２のように基板上にセンサが形
成されている場合、センサが形成されている基板の裏面
に、高反射層例えばＡｌ，Ａｇ等の金属膜を設けること
により光を効率的に接合界面に照射することができる。
このように光反射層として金属膜を設けて反射光を利用
する場合、基板は、反射光を透過するものを用いる。例
えば、短波長光のときは、石英ガラス等の短波長光透過
性の基板を選択する。
が好ましい。さらに、図２のように基板上にセンサが形
成されている場合、センサが形成されている基板の裏面
に、高反射層例えばＡｌ，Ａｇ等の金属膜を設けること
により光を効率的に接合界面に照射することができる。
このように光反射層として金属膜を設けて反射光を利用
する場合、基板は、反射光を透過するものを用いる。例
えば、短波長光のときは、石英ガラス等の短波長光透過
性の基板を選択する。
【００１８】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００１９】
【実施例１】実施例１を図１(b) （垂直断面図）を用い
て説明する。15mm×15mmの矩形のガラス基板 (5)を用意
し、その表面全体に真空蒸着法により厚さ約0.01μｍの
Auを蒸着することにより下部電極 (4)を形成した。次に
同様にｐ型半導体であるCuＯを約 0.5μｍの厚さに表面
全体に蒸着することにより、第２薄膜部材 (2)を形成し
た。
て説明する。15mm×15mmの矩形のガラス基板 (5)を用意
し、その表面全体に真空蒸着法により厚さ約0.01μｍの
Auを蒸着することにより下部電極 (4)を形成した。次に
同様にｐ型半導体であるCuＯを約 0.5μｍの厚さに表面
全体に蒸着することにより、第２薄膜部材 (2)を形成し
た。
【００２０】同様にｎ型半導体であるZnＯを約 0.5μｍ
の厚さに蒸着することにより、第１薄膜部材 (1)を形成
した。最後にAlを約0.01μｍの厚さに蒸着することによ
り上部電極 (3)を形成し、そして、ZnＯとAlをリフトオ
フ法により同一形状にパターニングすることにより、図
１に示す化学センサを得た。そして上部電極(3) 及び下
部電極(4) にそれぞれ外部配線（図示せず）をはんだ付
けし、それを通じて電圧を印加することによって電気的
情報が得られる。
の厚さに蒸着することにより、第１薄膜部材 (1)を形成
した。最後にAlを約0.01μｍの厚さに蒸着することによ
り上部電極 (3)を形成し、そして、ZnＯとAlをリフトオ
フ法により同一形状にパターニングすることにより、図
１に示す化学センサを得た。そして上部電極(3) 及び下
部電極(4) にそれぞれ外部配線（図示せず）をはんだ付
けし、それを通じて電圧を印加することによって電気的
情報が得られる。
【００２１】この薄膜タイプの接合型化学センサの接合
界面に光を照射したところ、約 500nm以下で光励起によ
る光電流が観察された。そこでこの素子に 400nmの光を
照射しながら湿度感知を行なうと、ある印加電圧以上で
光電流（照射時電流−暗電流）の大きな増加が見られた
（図４）。即ち、感度増大をおこすことが可能となっ
た。
界面に光を照射したところ、約 500nm以下で光励起によ
る光電流が観察された。そこでこの素子に 400nmの光を
照射しながら湿度感知を行なうと、ある印加電圧以上で
光電流（照射時電流−暗電流）の大きな増加が見られた
（図４）。即ち、感度増大をおこすことが可能となっ
た。
【００２２】
【実施例２】ガス洗浄瓶ににエタノールを入れ、このエ
タノール（室温 25℃）中に乾燥空気（ 25 ℃）を流速
約200ml/min.で吹き込む。他方、そのガス洗浄瓶の排出
口にビニールホースをつなぐ。このホース中を流れ出る
空気（ 25 ℃）は、エタノールで飽和されていると推定
される。エタノールの飽和蒸気圧は約60torrであるから
エタノールの濃度は約８％であると推定される。
タノール（室温 25℃）中に乾燥空気（ 25 ℃）を流速
約200ml/min.で吹き込む。他方、そのガス洗浄瓶の排出
口にビニールホースをつなぐ。このホース中を流れ出る
空気（ 25 ℃）は、エタノールで飽和されていると推定
される。エタノールの飽和蒸気圧は約60torrであるから
エタノールの濃度は約８％であると推定される。
【００２３】ホースの出口付近に実施例１のセンサをセ
ットし、センサの上部電極と下部電極間に所定の電圧を
印加し、電極間に流れる電流値（出力）を測定する。電
圧を０〜２Ｖまで 0.1Ｖ刻みで増加させ、その都度出力
を測定する。 比較例：最初にビーカーにエタノールを入れずに測定
した。この結果を図６に●で示す。次にビーカーにエタ
ノールを入れて測定した。この結果を図６に○で示す。
図６によれば、電流値はほぼ同じ（●と○とがほとんど
同じ位置）であり、エタノールは検出されない。つま
り、感度はゼロである。 実施例：センサの接合界面から５cm離してハロゲンラ
ンプ（ 300Ｗ）を設置し、このランプから波長400nm の
光を接合界面に照射した。
ットし、センサの上部電極と下部電極間に所定の電圧を
印加し、電極間に流れる電流値（出力）を測定する。電
圧を０〜２Ｖまで 0.1Ｖ刻みで増加させ、その都度出力
を測定する。 比較例：最初にビーカーにエタノールを入れずに測定
した。この結果を図６に●で示す。次にビーカーにエタ
ノールを入れて測定した。この結果を図６に○で示す。
図６によれば、電流値はほぼ同じ（●と○とがほとんど
同じ位置）であり、エタノールは検出されない。つま
り、感度はゼロである。 実施例：センサの接合界面から５cm離してハロゲンラ
ンプ（ 300Ｗ）を設置し、このランプから波長400nm の
光を接合界面に照射した。
【００２４】最初にビーカーにエタノールを入れずに測
定した。得られた出力（照射時電流）から同じ電圧値の
比較例の出力（暗電流）を差し引いた差を光電流として
図３に●で示す。次にビーカーにエタノールを入れて測
定した。この結果を図３に○で示す。図３によれば、電
圧を上げるに従い、電流値に差が見られ（●は○から離
れて行き）、エタノールを検出できることが知れる。
定した。得られた出力（照射時電流）から同じ電圧値の
比較例の出力（暗電流）を差し引いた差を光電流として
図３に●で示す。次にビーカーにエタノールを入れて測
定した。この結果を図３に○で示す。図３によれば、電
圧を上げるに従い、電流値に差が見られ（●は○から離
れて行き）、エタノールを検出できることが知れる。
【００２５】
【実施例３】エタノールの代わりに水を用い実施例２と
同様に検出した。光を照射した結果を図４に示す。図４
によれば、電圧を上げるに従い、光電流に差が見られ
（○は●から離れて行き）、水蒸気の検出感度が上がる
ことが知れる。
同様に検出した。光を照射した結果を図４に示す。図４
によれば、電圧を上げるに従い、光電流に差が見られ
（○は●から離れて行き）、水蒸気の検出感度が上がる
ことが知れる。
【００２６】
【実施例４】図２のように、薄膜素子の基板 (5)（光透
過性）の裏面に光反射層(6) 金属膜としてＡｌを設けた
ところ、光反射層で反射された光は再度基板を透過し
て、有効に接合界面の光照射に使われるので、効率よく
光電流を検出することができた。
過性）の裏面に光反射層(6) 金属膜としてＡｌを設けた
ところ、光反射層で反射された光は再度基板を透過し
て、有効に接合界面の光照射に使われるので、効率よく
光電流を検出することができた。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、薄膜タ
イプの接合型化学センサの感度を大きく向上させること
ができる。そのほか、試料の選択性の向上も期待され
る。さらに、検出される水、ガス分子などが第１、第２
部材表面へ吸着してしまうと感度が低下するので、一般
にはこれらの吸着物を脱離させるため加熱等のリフレッ
シュが必要となるが、光を照射することによって、水、
ガス分子などの吸着物の脱離が容易に行なえるという利
点もある。
イプの接合型化学センサの感度を大きく向上させること
ができる。そのほか、試料の選択性の向上も期待され
る。さらに、検出される水、ガス分子などが第１、第２
部材表面へ吸着してしまうと感度が低下するので、一般
にはこれらの吸着物を脱離させるため加熱等のリフレッ
シュが必要となるが、光を照射することによって、水、
ガス分子などの吸着物の脱離が容易に行なえるという利
点もある。
【図１】本発明の一実施例にかかる接合型化学センサの
垂直断面図である。
垂直断面図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる裏面に光反射層を設
けた接合型化学センサの垂直断面図である。
けた接合型化学センサの垂直断面図である。
【図３】本発明の一実施例にかかる検出方法による検出
例を示すグラフである。
例を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例にかかる検出方法による検出
例を示すグラフである。
例を示すグラフである。
【図５】従来の接合型化学センサの垂直断面図である。
【図６】従来の検出方法による検出例を示すグラフであ
る。
る。
【主要部分の符号の説明】 １ 第１薄膜部材 ２ 第２薄膜部材 ３ 上部電極 ４ 下部電極 ５ ガラス基板 ６ 光反射層
Claims (3)
- 【請求項１】上部電極、該上部電極に接合する第１物質
からなる第１薄膜部材、該第１薄膜部材と接合する第２
物質からなる第２薄膜部材、及び該第２薄膜部材と接合
する下部電極とからなり、第１薄膜部材と第２薄膜部材
との接合界面が露出している「薄膜タイプの接合型化学
センサ」において、接合界面に光を照射するための光照
射手段を設けたことを特徴とする「薄膜タイプの接合型
化学センサ」。 - 【請求項２】「薄膜タイプの接合型化学センサ」の接合
界面に試料を接触させて、センサ出力の変化を測定する
ことにより試料の検出を行なう検出方法において、測定
時に接合界面に光を照射することを特徴とする検出方
法。 - 【請求項３】上部電極、該上部電極に接合する第１物質
からなる第１薄膜部材、該第１薄膜部材と接合する第２
物質からなる第２薄膜部材、該第２薄膜部材と接合する
下部電極、及び基板とからなり、第１薄膜部材と第２薄
膜部材との接合界面が露出している「薄膜タイプの接合
型化学センサ」において、前記基板の裏面に光反射層を
設けたことを特徴とする「薄膜タイプの接合型化学セン
サ」。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3245756A JPH0580008A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 「薄膜タイプの接合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3245756A JPH0580008A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 「薄膜タイプの接合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580008A true JPH0580008A (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=17138336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3245756A Pending JPH0580008A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 「薄膜タイプの接合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0580008A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6121851A (en) * | 1997-10-15 | 2000-09-19 | Hitachi Metals Ltd. | Non-reciprocal circuit element |
| WO2002021114A1 (fr) * | 2000-09-01 | 2002-03-14 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de detection de gaz au moyen d'amplification de courant photoelectrique et similaire et detecteur de gaz |
| US7081368B2 (en) | 2000-09-01 | 2006-07-25 | Japan Science And Technology Corporation | Method for detecting gas with the use of photocurrent amplification and the like and gas sensor |
| CN104697969A (zh) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | 财团法人交大思源基金会 | 传感器及其制造方法 |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP3245756A patent/JPH0580008A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6121851A (en) * | 1997-10-15 | 2000-09-19 | Hitachi Metals Ltd. | Non-reciprocal circuit element |
| WO2002021114A1 (fr) * | 2000-09-01 | 2002-03-14 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de detection de gaz au moyen d'amplification de courant photoelectrique et similaire et detecteur de gaz |
| US7081368B2 (en) | 2000-09-01 | 2006-07-25 | Japan Science And Technology Corporation | Method for detecting gas with the use of photocurrent amplification and the like and gas sensor |
| CN104697969A (zh) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | 财团法人交大思源基金会 | 传感器及其制造方法 |
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