JPH06148114A - Alcohol gas detecting element - Google Patents

Alcohol gas detecting element

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JPH06148114A
JPH06148114A JP32257792A JP32257792A JPH06148114A JP H06148114 A JPH06148114 A JP H06148114A JP 32257792 A JP32257792 A JP 32257792A JP 32257792 A JP32257792 A JP 32257792A JP H06148114 A JPH06148114 A JP H06148114A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
sensitive body
present
alcohol
detecting element
Prior art date
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Pending
Application number
JP32257792A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Yasukawa
佳和 安川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurabe Industrial Co Ltd
Original Assignee
Kurabe Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a gas detecting element with high sensitivity and selectivity to alcohol gas. CONSTITUTION:An alcohol gas detecting element comprises an insulating substrate 1, a thin film gas sensitive body 2 formed with WO3 mounted on the substrate 1, a pair of Pt electrodes 3 mounted opposedly and in contact with the gas sensitive body 2, a Pt catalyst 4 mounted on the gas sensitive body 2, and an Ag 5 formed on the surface of the gas sensitive body 2 and Pt catalyst 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アルコールガスに対
し、高い感度と選択性を有するガス検知素子に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas detection element having high sensitivity and selectivity for alcohol gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、C25OH(エタノール)等
のアルコールガスを選択的に検知するためのガス検知素
子について各種の研究がなされている。その一例とし
て、特開平3−102254号公報に示されたようなも
のがある。この公報に示された素子は、絶縁基板上に、
有機スズ化合物のプラズマ重合膜の酸化処理膜及び電極
が任意の順序で形成されたものであり、このような構成
とすることによりアルコールガスに対する選択性が向上
するとされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various studies have been conducted on a gas detection element for selectively detecting alcohol gas such as C 2 H 5 OH (ethanol). An example thereof is that disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-102254. The element shown in this publication is on an insulating substrate,
The oxidation-treated film of the plasma-polymerized film of the organotin compound and the electrode are formed in an arbitrary order, and it is said that such a configuration improves the selectivity for alcohol gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この素
子のガス感度を見た場合、濃度2000ppmのエタノ
ールに対して3.5程度と低い値を示している。より低
濃度のアルコールガスの測定をするため、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
ガス感度が望まれる。
However, the gas sensitivity of this device shows a low value of about 3.5 with respect to ethanol having a concentration of 2000 ppm. Higher gas sensitivities are desired in order to measure lower concentrations of alcohol gas or to be able to work with simpler circuits.

【0004】本発明者は、前記事情に鑑み、アルコール
ガスに対する高い感度と選択性を有するガス検知素子を
開発すべく種々検討を重ねた結果、貴金属触媒を添加し
てなる金属酸化物半導体に、更に第三成分としてAgを
添加することにより、アルコールガスに対する感度と選
択性が著しく向上することを見い出して本発明に至っ
た。
In view of the above circumstances, the present inventor has conducted various studies in order to develop a gas detection element having high sensitivity and selectivity to alcohol gas, and as a result, the metal oxide semiconductor containing a noble metal catalyst has been Further, it was found that by adding Ag as a third component, the sensitivity and selectivity to alcohol gas were remarkably improved, and the present invention was accomplished.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】即ち本発明によるアルコ
ールガス検知素子は、絶縁基板と、一対の電極と、WO
3(酸化タングステン)からなる薄膜状ガス感応体と、
貴金属触媒と、Ag(銀)からなる添加剤と、から構成
されたことを特徴とするものである。
That is, an alcohol gas detecting element according to the present invention comprises an insulating substrate, a pair of electrodes, and a WO.
A thin film gas sensor made of 3 (tungsten oxide),
It is characterized by comprising a noble metal catalyst and an additive made of Ag (silver).

【0006】本発明において使用される絶縁基板として
は、例えばAl23(酸化アルミニウム)等のセラミッ
ク基板やSiO2(酸化ケイ素)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。
As the insulating substrate used in the present invention, a heat resistant and insulating substrate such as a ceramic substrate made of Al 2 O 3 (aluminum oxide) or a glass substrate made of SiO 2 (silicon oxide) is used.

【0007】本発明において使用されるWO3からなる
薄膜状ガス感応体は、真空蒸着法、スパッタリング法等
により絶縁基板上に形成する。このとき、前記ガス感応
体の質量膜厚は300Å以上であることが好ましく、3
00Åに満たない場合は安定な連続膜を形成することが
できず感度が低下してしてしまう。尚、WO3の形成
は、真空蒸着法、スパッタリング法等によりW(タング
ステン)を絶縁基板上に形成した後、熱処理等によりW
3を形成しても良いし、あるいは真空蒸着法、スパッ
タリング法等により絶縁基板上に直接WO3を形成して
も良い。
The thin-film gas sensitive material made of WO 3 used in the present invention is formed on an insulating substrate by a vacuum deposition method, a sputtering method or the like. At this time, it is preferable that the mass film thickness of the gas sensitive body is 300 Å or more.
If it is less than 00Å, a stable continuous film cannot be formed and the sensitivity is lowered. Note that WO 3 is formed by forming W (tungsten) on an insulating substrate by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, and then performing a heat treatment or the like.
O 3 may be formed, or WO 3 may be formed directly on the insulating substrate by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.

【0008】本発明において使用される一対の電極とし
ては、例えばAu(金),Pt(白金)等が用いられ、
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
ス感応体表面のどちらに設けても良い。
As the pair of electrodes used in the present invention, for example, Au (gold), Pt (platinum), etc. are used.
It is formed by a vacuum deposition method, a screen printing method, a sputtering method, or the like. The electrodes are provided in contact with and facing the gas sensitive body, and may be provided either between the gas sensitive body and the insulating substrate or on the surface of the gas sensitive body.

【0009】本発明において使用される貴金属触媒は、
例えばPtからなり、真空蒸着法、スパッタリング法等
によりガス感応体表面上に形成される。このとき、前記
触媒の質量膜厚は50Å以下が好ましく、50Åを超え
るとガス感応体自体が半導体の性質を保てなくなり、検
知特性が低下してしまう。
The noble metal catalyst used in the present invention is
For example, it is made of Pt and is formed on the surface of the gas sensitive body by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. At this time, the mass film thickness of the catalyst is preferably 50 Å or less, and when it exceeds 50 Å, the gas sensitizer itself cannot maintain the property of the semiconductor and the detection characteristics are deteriorated.

【0010】本発明において使用される添加剤は、Ag
からなり、真空蒸着法、スパッタリング法等によりガス
感応体及び触媒表面に形成される。このとき、Ag(添
加剤)の質量膜厚は300Å以下であることが好まし
く、300Åを超えると十分な感度と選択性を得ること
ができない。尚、Agは温度条件やH2(水素)ガス、
CO(一酸化炭素)ガス等の還元性ガスとの接触によっ
て、その酸化状態が変化する。よって本発明において使
用されるAgは金属状あるいは酸化物状のどちらかに限
定されるものではない。
The additives used in the present invention are Ag
It is formed on the surface of the gas sensitive material and the catalyst by a vacuum deposition method, a sputtering method or the like. At this time, the mass film thickness of Ag (additive) is preferably 300 Å or less, and when it exceeds 300 Å, sufficient sensitivity and selectivity cannot be obtained. In addition, Ag is a temperature condition, H 2 (hydrogen) gas,
The oxidation state changes by contact with a reducing gas such as CO (carbon monoxide) gas. Therefore, Ag used in the present invention is not limited to either metal or oxide.

【0011】本発明のアルコールガス検知素子は、素子
温度を所定の温度に保ために、例えば自己温度制御型
(PTC)ヒータ等の発熱体を設けても良い。
The alcohol gas detecting element of the present invention may be provided with a heating element such as a self-temperature control (PTC) heater in order to keep the element temperature at a predetermined temperature.

【0012】[0012]

【作用】上記構成による本発明のアルコールガス検知素
子は、Ag(添加剤)の添加効果により、アルコールガ
スを選択的に高感度で検知することができる。
The alcohol gas detecting element of the present invention having the above-described structure can selectively detect alcohol gas with high sensitivity due to the effect of adding Ag (additive).

【0013】[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。 <実施例>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8×7×0.635mmのアルミナ基
板を用意し、該基板1上に真空蒸着法により質量膜厚5
000ÅのWO3薄膜を形成した後、空気中で500
℃、10分間の熱処理を施してガス感応体2を得た。次
に、前記ガス感応体2上に、図2に示したような質量膜
厚500Åのくし型Pt電極3を真空蒸着法により形成
した。更に、それらの上面に、質量膜厚10Åとなるよ
うにPtの真空蒸着を行って、触媒4を形成した。最後
に、前記ガス感応体2及びPt触媒4の上面に質量膜厚
10ÅのAg(添加剤)5を真空蒸着法により形成し
た。尚、前記絶縁基板1の裏面には素子温度制御のため
の発熱体6を設けてある。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below together with comparative examples. Example First, as shown in FIG. 1, an alumina substrate having a length, width, and thickness of 8 × 7 × 0.635 mm was prepared as an insulating substrate 1, and a mass film thickness of 5 was formed on the substrate 1 by vacuum deposition.
After forming a 000Å WO 3 thin film, 500 in air
Heat treatment was performed at 10 ° C. for 10 minutes to obtain a gas sensitive body 2. Next, a comb-shaped Pt electrode 3 having a mass film thickness of 500Å as shown in FIG. 2 was formed on the gas sensitive body 2 by a vacuum deposition method. Further, Pt was vacuum-deposited on the upper surfaces thereof so that the mass film thickness was 10 Å, to form the catalyst 4. Finally, Ag (additive) 5 having a mass film thickness of 10Å was formed on the upper surfaces of the gas sensitive body 2 and the Pt catalyst 4 by a vacuum deposition method. A heating element 6 for controlling the element temperature is provided on the back surface of the insulating substrate 1.

【0014】ここで上述のようにして製造した素子のガ
ス感度を次の条件の下に測定した。まず、密閉槽内に素
子を固定し、該槽内に蒸発後の濃度が1000ppmと
なるようにC25OHを注入しヒータを用いて加熱蒸発
させた。また、COガス、H2ガス、C38(プロパ
ン)ガスの各種ガスは濃度1000ppmとなるように
注射器で槽内に注入した。これら各種ガスをファンで十
分に撹拌した後、素子温度を60〜300℃に保持した
状態で、前記各種ガス雰囲気中における素子の電気抵抗
値を測定した。そして、各種ガスに対する感度を図3に
示した。感度は、[空気中の抵抗値(RAir)/ガス中
の抵抗値(RGas)]で示した。これによれば、本発明
の素子は特に150〜300℃の温度域において、C2
5OHガスに対して104以上の高い感度を示してい
る。これは、C25OHガス以外の各種ガス(CO、H
2、C38)に対する感度の100倍以上の値であり、
極めて高い選択性を示していると言える。
Here, the gas sensitivity of the device manufactured as described above was measured under the following conditions. First, the element was fixed in a closed tank, C 2 H 5 OH was injected into the tank so that the concentration after evaporation was 1000 ppm, and the mixture was heated and evaporated using a heater. Further, various gases such as CO gas, H 2 gas, and C 3 H 8 (propane) gas were injected into the tank with a syringe so that the concentration thereof would be 1000 ppm. After sufficiently stirring these various gases with a fan, the electrical resistance value of the elements in the various gas atmospheres was measured while the element temperature was maintained at 60 to 300 ° C. The sensitivities to various gases are shown in FIG. The sensitivity was shown by [resistance value in air (R Air ) / resistance value in gas (R Gas )]. According to this, the device of the present invention has a C 2 temperature range of 150 to 300 ° C.
It shows a high sensitivity of 10 4 or more to H 5 OH gas. This is various gases (CO, H) other than C 2 H 5 OH gas.
2, C 3 H 8) is the value of 100 times more sensitive to,
It can be said that it shows extremely high selectivity.

【0015】<比較例>次に比較例として、Ag(添加
剤)を添加しない素子を作製し、上記実施例と同様に各
種ガスに対する感度を測定した。結果は図4に示した。
図4と上記実施例における素子の感度特性(図3)とを
比較してみると、Agを添加することにより、150℃
以下の温度域でのCOガスに対する感度が低下するとと
もに、200℃以上の温度域におけるC25OHガスに
対する感度が増加していることが判る。
<Comparative Example> Next, as a comparative example, an element containing no Ag (additive) was prepared, and the sensitivity to various gases was measured in the same manner as in the above-mentioned examples. The results are shown in Fig. 4.
Comparing FIG. 4 with the sensitivity characteristics (FIG. 3) of the elements in the above-mentioned examples, it was confirmed that the addition of Ag showed a difference of 150 ° C.
It can be seen that the sensitivity to CO gas in the temperature range below decreases and the sensitivity to C 2 H 5 OH gas in the temperature range of 200 ° C. or higher increases.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、貴
金属触媒を添加してなるガス感応体に、更にAgを添加
することにより、C25OH等のアルコールガスに対し
て極めて高い感度と選択性を示すガス検知素子を得るこ
とができる。
As described in detail above, according to the present invention, by adding Ag to the gas sensitive material to which the noble metal catalyst is added, it is possible to obtain an extremely high resistance to alcohol gas such as C 2 H 5 OH. A gas detection element having high sensitivity and selectivity can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるアルコールガス検知素子の一実施
例を示す断面図(概念図)である。
FIG. 1 is a sectional view (conceptual view) showing an embodiment of an alcohol gas detection element according to the present invention.

【図2】本発明に用いられるくし型Pt電極の一例を示
す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a comb-shaped Pt electrode used in the present invention.

【図3】本発明によるアルコールガス検知素子の各種ガ
スに対する感度特性図である。
FIG. 3 is a sensitivity characteristic diagram of an alcohol gas detection element according to the present invention for various gases.

【図4】比較例の素子の各種ガスに対する感度特性図で
ある。
FIG. 4 is a sensitivity characteristic diagram of the element of the comparative example for various gases.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 薄膜状ガス感応体 3 くし型Pt電極 4 触媒 5 添加剤 6 発熱体 1 Insulating Substrate 2 Thin Film Gas Sensitive Body 3 Comb Pt Electrode 4 Catalyst 5 Additive 6 Heating Element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板と、一対の電極と、WO3(酸
化タングステン)からなる薄膜状ガス感応体と、貴金属
触媒と、Ag(銀)からなる添加剤と、から構成された
アルコールガス検知素子。
1. An alcohol gas detection method comprising an insulating substrate, a pair of electrodes, a thin-film gas sensor made of WO 3 (tungsten oxide), a noble metal catalyst, and an additive made of Ag (silver). element.
JP32257792A 1992-11-06 1992-11-06 Alcohol gas detecting element Pending JPH06148114A (en)

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