JPH06148113A - 窒素酸化物ガス検知素子 - Google Patents
窒素酸化物ガス検知素子Info
- Publication number
- JPH06148113A JPH06148113A JP31934792A JP31934792A JPH06148113A JP H06148113 A JPH06148113 A JP H06148113A JP 31934792 A JP31934792 A JP 31934792A JP 31934792 A JP31934792 A JP 31934792A JP H06148113 A JPH06148113 A JP H06148113A
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- Japan
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- gas
- electrode
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- detecting element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、低濃度のＮＯＸガスに対し
て高い感度と選択性を有するとともに、優れた耐久性、
経済性及び生産性を示すガス検知素子を提供することに
ある。 【構成】 本発明によるＮＯＸガス検知素子は、絶縁基
板（１）と、該基板（１）上に設けられたＷＯ３からな
るガス感応体（２）と、ガス感応体（２）に接して対向
して設けられた一対のＮｉ電極（３）と、から構成され
たことを特徴とするものである。
て高い感度と選択性を有するとともに、優れた耐久性、
経済性及び生産性を示すガス検知素子を提供することに
ある。 【構成】 本発明によるＮＯＸガス検知素子は、絶縁基
板（１）と、該基板（１）上に設けられたＷＯ３からな
るガス感応体（２）と、ガス感応体（２）に接して対向
して設けられた一対のＮｉ電極（３）と、から構成され
たことを特徴とするものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低濃度のＮＯX （窒素
酸化物）ガスに対し、高い感度と選択性を示すガス検知
素子に関する。
酸化物）ガスに対し、高い感度と選択性を示すガス検知
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＮＯ（一酸化窒素）ガス及びＮＯ2 （二
酸化窒素）ガスを主体とするＮＯX ガスは、自動車，航
空機等の内燃機関や家庭内の暖房設備などから排出さ
れ、それ自身または他のガスとの複合，吸着，反応によ
って人体や生物，生活環境等に多大な影響を及ぼす危険
性の高いガスである。従来では、このＮＯX ガスの測定
に化学発光法，赤外線吸収法，電気分解法等が用いられ
てきたが、これらの方法は大型の装置を必要としメンテ
ナンスが困難であるといった問題を抱えていた。
酸化窒素）ガスを主体とするＮＯX ガスは、自動車，航
空機等の内燃機関や家庭内の暖房設備などから排出さ
れ、それ自身または他のガスとの複合，吸着，反応によ
って人体や生物，生活環境等に多大な影響を及ぼす危険
性の高いガスである。従来では、このＮＯX ガスの測定
に化学発光法，赤外線吸収法，電気分解法等が用いられ
てきたが、これらの方法は大型の装置を必要としメンテ
ナンスが困難であるといった問題を抱えていた。
【０００３】そこで、上記の問題を解決するため、ＮＯ
X ガスに接触して抵抗値の変化する酸化物半導体を用い
た、小型でメンテナンスフリーのＮＯX ガス検知素子に
ついての研究が種々なされている。例えば、特開平２−
９８６５８号公報には、（１０１）面の配向率が７０％
以上であるＳｎＯ2 （酸化錫）薄膜を感応膜として用い
ることを特徴とするＮＯ2 ガス検知器が、また特開平４
−６５６６２号公報には、耐熱絶縁基板上に、一対の電
極を接続したＷＯ3 膜と、ＷＯ3 膜の加熱用ヒータとを
設けた、酸化性ガスのセンサが紹介されている。
X ガスに接触して抵抗値の変化する酸化物半導体を用い
た、小型でメンテナンスフリーのＮＯX ガス検知素子に
ついての研究が種々なされている。例えば、特開平２−
９８６５８号公報には、（１０１）面の配向率が７０％
以上であるＳｎＯ2 （酸化錫）薄膜を感応膜として用い
ることを特徴とするＮＯ2 ガス検知器が、また特開平４
−６５６６２号公報には、耐熱絶縁基板上に、一対の電
極を接続したＷＯ3 膜と、ＷＯ3 膜の加熱用ヒータとを
設けた、酸化性ガスのセンサが紹介されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のＮＯX ガス検知素子におけるガス感度を見た場
合、特開平２−９８６５８号公報では、２０ｐｐｍのＮ
Ｏ2 ガスに対し感度が１００以下、特開平４−６５６６
２号公報では、１ｐｐｍのＮＯ2 ガスに対し感度が数十
と低い値を示している。窒素酸化物の環境基準値０．０
５ｐｐｍ付近の値を測定するため、または、より簡単な
回路で機能できるようにするためには更に高い感度が望
まれる。そこで、ガス感度向上のために、酸化物半導体
にＡｕ（金）等の貴金属触媒を添加することも考えられ
る。しかしこの場合は、ガス感度が向上する反面、経済
性や生産性が低下してしまうという新たな問題が発生す
る。これは、Ａｕ等の貴金属が比較的高価であること
と、素子形成時における工程の増加（触媒添加工程）に
よるものである。
た従来のＮＯX ガス検知素子におけるガス感度を見た場
合、特開平２−９８６５８号公報では、２０ｐｐｍのＮ
Ｏ2 ガスに対し感度が１００以下、特開平４−６５６６
２号公報では、１ｐｐｍのＮＯ2 ガスに対し感度が数十
と低い値を示している。窒素酸化物の環境基準値０．０
５ｐｐｍ付近の値を測定するため、または、より簡単な
回路で機能できるようにするためには更に高い感度が望
まれる。そこで、ガス感度向上のために、酸化物半導体
にＡｕ（金）等の貴金属触媒を添加することも考えられ
る。しかしこの場合は、ガス感度が向上する反面、経済
性や生産性が低下してしまうという新たな問題が発生す
る。これは、Ａｕ等の貴金属が比較的高価であること
と、素子形成時における工程の増加（触媒添加工程）に
よるものである。
【０００５】尚、前述した従来の素子においては、一般
的に電極としてＡｕやＰｔ（白金）等が用いられている
が、これらの貴金属は高価であることから、前述した触
媒添加の場合と同様に経済性の低下が問題となる。ま
た、電極として特にＡｕを用いた場合は、高温域におけ
る素子の耐久性が低下し、Ｐｔを用いた場合は十分な感
度が得られなくなってしまう。
的に電極としてＡｕやＰｔ（白金）等が用いられている
が、これらの貴金属は高価であることから、前述した触
媒添加の場合と同様に経済性の低下が問題となる。ま
た、電極として特にＡｕを用いた場合は、高温域におけ
る素子の耐久性が低下し、Ｐｔを用いた場合は十分な感
度が得られなくなってしまう。
【０００６】本発明者は前記事情に鑑み、低濃度のＮＯ
X ガスに対して高い感度と選択性を示すガス検知素子を
開発すべく種々探索した結果本発明に至った。
X ガスに対して高い感度と選択性を示すガス検知素子を
開発すべく種々探索した結果本発明に至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち本発明のＮＯX ガス
検知素子は、絶縁基板と、該基板上に設けられたＷＯ3
を主成分とするガス感応体と、前記ガス感応体に設けら
れた一対のＮｉ電極とから構成されている。
検知素子は、絶縁基板と、該基板上に設けられたＷＯ3
を主成分とするガス感応体と、前記ガス感応体に設けら
れた一対のＮｉ電極とから構成されている。
【０００８】本発明において使用されるガス感応体とし
ては、ＷＯ3 を主成分とするものが用いられ、このガス
感応体は真空蒸着法、スパッタリング法等により直接酸
化物半導体を形成するか、Ｗ（タングステン）を同様に
膜状に形成した後、酸化することにより形成される。ま
た、このガス感応体の膜厚は１００Å以上である必要が
あり、１００Åに満たない場合は連続膜を形成すること
ができない。
ては、ＷＯ3 を主成分とするものが用いられ、このガス
感応体は真空蒸着法、スパッタリング法等により直接酸
化物半導体を形成するか、Ｗ（タングステン）を同様に
膜状に形成した後、酸化することにより形成される。ま
た、このガス感応体の膜厚は１００Å以上である必要が
あり、１００Åに満たない場合は連続膜を形成すること
ができない。
【０００９】本発明において使用される基板としては、
例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）等のセラミック基
板やＳｉＯ2 （酸化珪素）等のガラス基板など耐熱性か
つ絶縁性の基板が用いられる。
例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）等のセラミック基
板やＳｉＯ2 （酸化珪素）等のガラス基板など耐熱性か
つ絶縁性の基板が用いられる。
【００１０】本発明において使用されるＮｉ電極は、真
空蒸着法、スクリーン印刷法、スパッタリング法等によ
り形成する。この電極は、ガス感応体に接して対向して
設けられ、ガス感応体と絶縁基板との間、あるいはガス
感応体の表面のどちらに設けても良い。また、このＮｉ
電極の厚さは、５０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍに満
たない場合は耐久性に劣ってしまう。
空蒸着法、スクリーン印刷法、スパッタリング法等によ
り形成する。この電極は、ガス感応体に接して対向して
設けられ、ガス感応体と絶縁基板との間、あるいはガス
感応体の表面のどちらに設けても良い。また、このＮｉ
電極の厚さは、５０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍに満
たない場合は耐久性に劣ってしまう。
【００１１】本発明のＮＯX ガス検知素子は、素子温度
を所定の温度に保つために、例えば自己温度制御型（Ｐ
ＴＣ）ヒータ等の発熱体を設けても良い。
を所定の温度に保つために、例えば自己温度制御型（Ｐ
ＴＣ）ヒータ等の発熱体を設けても良い。
【００１２】
【作用】上記のように構成された本発明のＮＯX ガス検
知素子は、低濃度のＮＯX ガスに対して高い感度と選択
性を示すとともに、耐久性に優れ経時的にも安定してお
り、経済性及び生産性にも優れたものとなる。
知素子は、低濃度のＮＯX ガスに対して高い感度と選択
性を示すとともに、耐久性に優れ経時的にも安定してお
り、経済性及び生産性にも優れたものとなる。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と併せて説明
する。まず、図１に示すように絶縁基板１として縦、横
及び厚さが１３×１０×１ｍｍのアルミナ基板を用意
し、該基板上にＷＯ3 を真空蒸着（５０００Å）し、空
気中で１０分間熱処理（５００℃）して膜厚約５０００
Åのガス感応体２を得た。次に、前記ガス感応体２上
に、図２に示すような厚さ１００ｎｍのくし型Ｎｉ電極
３を真空蒸着法により形成した。また、前記絶縁基板１
の裏面には素子の温度を所定の温度に保つために発熱体
４を設けた。
する。まず、図１に示すように絶縁基板１として縦、横
及び厚さが１３×１０×１ｍｍのアルミナ基板を用意
し、該基板上にＷＯ3 を真空蒸着（５０００Å）し、空
気中で１０分間熱処理（５００℃）して膜厚約５０００
Åのガス感応体２を得た。次に、前記ガス感応体２上
に、図２に示すような厚さ１００ｎｍのくし型Ｎｉ電極
３を真空蒸着法により形成した。また、前記絶縁基板１
の裏面には素子の温度を所定の温度に保つために発熱体
４を設けた。
【００１４】ここで、本発明の素子を密閉槽内に固定
し、それぞれ該槽内に濃度３０ｐｐｍのＮＯガス及びＮ
Ｏ2 ガス、濃度１０００ｐｐｍのＣ3Ｈ8（プロパン）ガ
ス、ＣＯ（一酸化炭素）ガス及びＨ2 （水素）ガスの各
種ガスを注射器で注入しファンで撹拌した後、各種ガス
に対する感度を測定した。図３はその感度特性を示した
グラフで、感度は［ガス中の抵抗値（ＲGAS ）／空気中
の抵抗値（ＲAIR ）］で表した。図３からも明らかなよ
うに、本発明の素子は数１０℃から３００℃付近までの
広範囲においてＮＯガス及びＮＯ2 ガスに対して高い感
度と選択性を示している。
し、それぞれ該槽内に濃度３０ｐｐｍのＮＯガス及びＮ
Ｏ2 ガス、濃度１０００ｐｐｍのＣ3Ｈ8（プロパン）ガ
ス、ＣＯ（一酸化炭素）ガス及びＨ2 （水素）ガスの各
種ガスを注射器で注入しファンで撹拌した後、各種ガス
に対する感度を測定した。図３はその感度特性を示した
グラフで、感度は［ガス中の抵抗値（ＲGAS ）／空気中
の抵抗値（ＲAIR ）］で表した。図３からも明らかなよ
うに、本発明の素子は数１０℃から３００℃付近までの
広範囲においてＮＯガス及びＮＯ2 ガスに対して高い感
度と選択性を示している。
【００１５】比較例１として、実施例と同様の構造で電
極としてＰｔを用いた素子を作製し、濃度３０ｐｐｍの
ＮＯガス及びＮＯ2 ガスに対する感度を測定し、その結
果を図４に示した。尚、図４には実施例の素子（Ｎｉ電
極を用いたもの）の感度特性も併せて示した。これによ
れば、Ｎｉ電極を用いることによりＮＯX ガスに対する
素子の検出感度が向上することが良くわかる。図５は、
実施例の素子（Ｎｉ電極を用いた素子）と、上記比較例
の素子（Ｐｔ電極を用いたもの）の、素子温度２２０℃
におけるＮＯガス及びＮＯ2 ガス濃度の変化に対する感
度特性である。これによれば、Ｎｉ電極を用いた本実施
例の素子は１ｐｐｍのＮＯ２ガスに対しても４００程度
の感度を示しており、Ｐｔ電極を用いた比較例の素子に
比べ、１００倍以上であり低濃度での検知も可能なこと
が示唆される。
極としてＰｔを用いた素子を作製し、濃度３０ｐｐｍの
ＮＯガス及びＮＯ2 ガスに対する感度を測定し、その結
果を図４に示した。尚、図４には実施例の素子（Ｎｉ電
極を用いたもの）の感度特性も併せて示した。これによ
れば、Ｎｉ電極を用いることによりＮＯX ガスに対する
素子の検出感度が向上することが良くわかる。図５は、
実施例の素子（Ｎｉ電極を用いた素子）と、上記比較例
の素子（Ｐｔ電極を用いたもの）の、素子温度２２０℃
におけるＮＯガス及びＮＯ2 ガス濃度の変化に対する感
度特性である。これによれば、Ｎｉ電極を用いた本実施
例の素子は１ｐｐｍのＮＯ２ガスに対しても４００程度
の感度を示しており、Ｐｔ電極を用いた比較例の素子に
比べ、１００倍以上であり低濃度での検知も可能なこと
が示唆される。
【００１６】比較例２として、実施例と同様の構造で電
極としてＡｕを用いた素子を作製し、素子温度２２０℃
における濃度１０ｐｐｍのＮＯ2 ガスに対する感度の経
時変化を測定し、その結果を図６に示した。尚、図６に
は、実施例の素子の経時変化も併せて示した。これによ
れば、Ｎｉ電極を用いることにより、素子の耐久性が飛
躍的に増すことがわかる。
極としてＡｕを用いた素子を作製し、素子温度２２０℃
における濃度１０ｐｐｍのＮＯ2 ガスに対する感度の経
時変化を測定し、その結果を図６に示した。尚、図６に
は、実施例の素子の経時変化も併せて示した。これによ
れば、Ｎｉ電極を用いることにより、素子の耐久性が飛
躍的に増すことがわかる。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、絶
縁基板上に、ＷＯ3 を主成分とするガス感応体を設け、
電極にＮｉを用いることにより、低濃度のＮＯX ガスに
対しても高い感度と選択性を示すとともに、耐久性に優
れ経時的にも安定したＮＯX ガス検知素子を得ることが
できる。そのため、従来に比べより簡単な回路への組み
込みが可能となり、コスト的にも安価な素子を提供する
ことができる。
縁基板上に、ＷＯ3 を主成分とするガス感応体を設け、
電極にＮｉを用いることにより、低濃度のＮＯX ガスに
対しても高い感度と選択性を示すとともに、耐久性に優
れ経時的にも安定したＮＯX ガス検知素子を得ることが
できる。そのため、従来に比べより簡単な回路への組み
込みが可能となり、コスト的にも安価な素子を提供する
ことができる。
【図１】本発明によるＮＯＸガス検知素子の一実施例を
示す断面図（概念図）である。
示す断面図（概念図）である。
【図２】本発明に用いられるくし型Ｎｉ電極の一例を示
す平面図である。
す平面図である。
【図３】本発明によるＮＯX ガス検知素子の各種ガスに
対する感度特性を示すグラフである。
対する感度特性を示すグラフである。
【図４】Ｐｔ電極を用いた素子とＮｉ電極を用いた素子
の、ＮＯX ガスに対する感度特性を示すグラフである。
の、ＮＯX ガスに対する感度特性を示すグラフである。
【図５】Ｎｉ電極を用いた素子とＰｔ電極を用いた素子
の、ＮＯX ガス濃度の変化に対する感度特性を示すグラ
フである。
の、ＮＯX ガス濃度の変化に対する感度特性を示すグラ
フである。
【図６】Ｎｉ電極を用いた素子とＡｕ電極を用いた素子
の、経時変化を示すグラフである。
の、経時変化を示すグラフである。
１ 絶縁基板 ２ ガス感応体 ３ くし型Ｎｉ電極 ４ 発熱体
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁基板と、該基板上に設けられたＷＯ
3 （酸化タングステン）を主成分とするガス感応体と、
前記ガス感応体に設けられた一対のＮｉ（ニッケル）電
極とから構成された窒素酸化物ガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31934792A JPH06148113A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 窒素酸化物ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31934792A JPH06148113A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 窒素酸化物ガス検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06148113A true JPH06148113A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=18109145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31934792A Pending JPH06148113A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 窒素酸化物ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06148113A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6113859A (en) * | 1998-02-04 | 2000-09-05 | Korea Institute Of Science And Technology | Bar-type NOx gas sensor having WO3 sensing film |
| CN110088607A (zh) * | 2016-11-21 | 2019-08-02 | 荷兰联合利华有限公司 | 用于检测气体组分的气体传感器 |
-
1992
- 1992-11-04 JP JP31934792A patent/JPH06148113A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6113859A (en) * | 1998-02-04 | 2000-09-05 | Korea Institute Of Science And Technology | Bar-type NOx gas sensor having WO3 sensing film |
| CN110088607A (zh) * | 2016-11-21 | 2019-08-02 | 荷兰联合利华有限公司 | 用于检测气体组分的气体传感器 |
| CN110088607B (zh) * | 2016-11-21 | 2022-12-27 | 联合利华知识产权控股有限公司 | 用于检测气体组分的气体传感器 |
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