JPH06167470A - 酸素ガス検出装置 - Google Patents
酸素ガス検出装置Info
- Publication number
- JPH06167470A JPH06167470A JP34132792A JP34132792A JPH06167470A JP H06167470 A JPH06167470 A JP H06167470A JP 34132792 A JP34132792 A JP 34132792A JP 34132792 A JP34132792 A JP 34132792A JP H06167470 A JPH06167470 A JP H06167470A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen gas
- oxygen
- oxide
- detection
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、速い応答速度で酸素の有無
及び／または濃度を検出する装置の提供にある。 【構成】 基板、該基板上に空中に張り出して設けられ
電気絶縁性材料からなる張り出し部、該張り出し部上に
所定距離隔離して設けた少なくとも一対の検出用リード
と該検出用リードの各々に接触して設けられた酸素ガス
感応物質層、前記張り出し部上に前記検出用リードとほ
ぼ並置して設けられた少なくとも１個のヒータリードお
よび前記一対の検出用リード間の電気抵抗を測定する電
気抵抗測定部を有していることを特徴とする酸素ガスの
有無ないし濃度を検出する装置。
及び／または濃度を検出する装置の提供にある。 【構成】 基板、該基板上に空中に張り出して設けられ
電気絶縁性材料からなる張り出し部、該張り出し部上に
所定距離隔離して設けた少なくとも一対の検出用リード
と該検出用リードの各々に接触して設けられた酸素ガス
感応物質層、前記張り出し部上に前記検出用リードとほ
ぼ並置して設けられた少なくとも１個のヒータリードお
よび前記一対の検出用リード間の電気抵抗を測定する電
気抵抗測定部を有していることを特徴とする酸素ガスの
有無ないし濃度を検出する装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、環境及びある特定の区
域に存在する酸素ガスの有無ないし濃度を検出する装置
に関する。
域に存在する酸素ガスの有無ないし濃度を検出する装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸素検出装置としてはＫＯＨやＫ
Ｃｌなどの電解液を用いる隔膜ガルバニ電池方式、安定
化ジルコニア等の固体電解質方式などがある。また、酸
化チタンないし酸化コバルトと酸化マグネシウムの固溶
体を用いる焼結セラミックス半導体方式がある。前記従
来技術において、ガルバニ電池方式及び固体電解質方式
はイオンの伝導性を利用しているため原理的に応答速度
が遅い。また、焼結セラミックス半導体方式は、多孔質
で三次元的構造となっており、環境雰囲気の状態が変化
したとき、検出に寄与する半導体の表面全体が更新され
るのに時間がかかり、結果として応答速度が遅くなる。
Ｃｌなどの電解液を用いる隔膜ガルバニ電池方式、安定
化ジルコニア等の固体電解質方式などがある。また、酸
化チタンないし酸化コバルトと酸化マグネシウムの固溶
体を用いる焼結セラミックス半導体方式がある。前記従
来技術において、ガルバニ電池方式及び固体電解質方式
はイオンの伝導性を利用しているため原理的に応答速度
が遅い。また、焼結セラミックス半導体方式は、多孔質
で三次元的構造となっており、環境雰囲気の状態が変化
したとき、検出に寄与する半導体の表面全体が更新され
るのに時間がかかり、結果として応答速度が遅くなる。
【０００３】
【目的】本発明は、速い応答速度で酸素の有無及び／ま
たは濃度を検出する装置を提供することを目的とする。
たは濃度を検出する装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【構成】本発明の酸素ガス検出装置は、基板、該基板上
に空中に張り出して設けられ電気絶縁性材料からなる張
り出し部、該張り出し部上に所定距離隔離して設けた少
なくとも一対の検出用リードと該検出用リードの各々に
接触して設けられた酸化物被膜よりなる酸素ガス感応物
質層、前記張り出し部上に前記検出用リードとほぼ並置
して設けられた少なくとも１個のヒータリードおよび前
記一対の検出用リード間の電気抵抗を測定する電気抵抗
測定部を有しており、この酸素ガス感応物質層に接する
一対の検出用リード間の電気抵抗の変化により酸素ガス
の有無ないし濃度を検出する。前記のような検出方法に
よると、半導体の電子ないしホール伝導を利用している
こと、及び反応が酸素ガス感応物質層の主として二次元
的表面でおこなわれ、環境変化にすばやく追従するの
で、結果として応答速度が速い。酸素ガス感応物質とし
ては、酸化スズ以外にも酸化チタン、酸化鉄、酸化亜
鉛、酸化マンガン、酸化銅、酸化クロム及び酸化ニッケ
ルなど及びこれらの固溶体が使用できる。また、薄膜の
作成法として、プラズマ蒸着法、真空蒸着法、あるいは
溶液塗布法、例えば金属のアルコキシドをアルコールな
どの溶媒に溶かし、必要に応じて反応促進剤としての触
媒や水を添加して、塗布液を作成し、これをスピンコー
トやディピング法により塗布・焼成する方法も使用でき
る。このいわゆるゾルゲル法を含む溶液塗布法によれば
特に多成分の酸化物が容易に作成できる。また、この方
法で酸素ガス感応物質層を作成する場合は、Ｓｉの異方
性エッチングの前工程で薄膜形成及びパターンニングす
るのが好ましい。これらのプラズマ蒸着法、溶液塗布法
のいずれの場合も膜厚としては、０．０５〜５μｍが適
当であり、添加物としての、金属ないし酸化物も適宜加
えることもできる。さらに酸化物の薄膜よりなる酸素ガ
ス感応物質層が実質的に酸素を含まない環境に保持して
なる検出装置と検出すべき環境に酸化物の薄膜よりなる
酸素ガス感応物質層がさらされる検出装置との少なくと
も２個以上検出装置を用い、酸化物の薄膜よりなる酸素
ガス感応物質層が実質的に酸素を含まない環境に保持さ
れる検出装置の出力を参照信号として、検出すべき環境
に酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質層がさらされ
る検出装置の出力を検出信号として比較し両信号の差を
取れば、より高感度な酸素ガス検出が可能となる。上記
参照用の検出装置としては、図３（ａ）に示すように、
同一チップ上に２個の張り出し部６−１、６−２を設
け、一方を測定用とし、他方を酸素を通過しない膜８で
おおい、参照用としたもの、あるいは図３（ｂ）のよう
に、別個のチップを用い、全体を窒素、アルゴン等の非
酸化性ないしは不活性なガスを封入したカバー９を設け
たものがあげられる。また、カバー９内にガスを封入せ
ずに真空ないし減圧としたものであってもよい。
に空中に張り出して設けられ電気絶縁性材料からなる張
り出し部、該張り出し部上に所定距離隔離して設けた少
なくとも一対の検出用リードと該検出用リードの各々に
接触して設けられた酸化物被膜よりなる酸素ガス感応物
質層、前記張り出し部上に前記検出用リードとほぼ並置
して設けられた少なくとも１個のヒータリードおよび前
記一対の検出用リード間の電気抵抗を測定する電気抵抗
測定部を有しており、この酸素ガス感応物質層に接する
一対の検出用リード間の電気抵抗の変化により酸素ガス
の有無ないし濃度を検出する。前記のような検出方法に
よると、半導体の電子ないしホール伝導を利用している
こと、及び反応が酸素ガス感応物質層の主として二次元
的表面でおこなわれ、環境変化にすばやく追従するの
で、結果として応答速度が速い。酸素ガス感応物質とし
ては、酸化スズ以外にも酸化チタン、酸化鉄、酸化亜
鉛、酸化マンガン、酸化銅、酸化クロム及び酸化ニッケ
ルなど及びこれらの固溶体が使用できる。また、薄膜の
作成法として、プラズマ蒸着法、真空蒸着法、あるいは
溶液塗布法、例えば金属のアルコキシドをアルコールな
どの溶媒に溶かし、必要に応じて反応促進剤としての触
媒や水を添加して、塗布液を作成し、これをスピンコー
トやディピング法により塗布・焼成する方法も使用でき
る。このいわゆるゾルゲル法を含む溶液塗布法によれば
特に多成分の酸化物が容易に作成できる。また、この方
法で酸素ガス感応物質層を作成する場合は、Ｓｉの異方
性エッチングの前工程で薄膜形成及びパターンニングす
るのが好ましい。これらのプラズマ蒸着法、溶液塗布法
のいずれの場合も膜厚としては、０．０５〜５μｍが適
当であり、添加物としての、金属ないし酸化物も適宜加
えることもできる。さらに酸化物の薄膜よりなる酸素ガ
ス感応物質層が実質的に酸素を含まない環境に保持して
なる検出装置と検出すべき環境に酸化物の薄膜よりなる
酸素ガス感応物質層がさらされる検出装置との少なくと
も２個以上検出装置を用い、酸化物の薄膜よりなる酸素
ガス感応物質層が実質的に酸素を含まない環境に保持さ
れる検出装置の出力を参照信号として、検出すべき環境
に酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質層がさらされ
る検出装置の出力を検出信号として比較し両信号の差を
取れば、より高感度な酸素ガス検出が可能となる。上記
参照用の検出装置としては、図３（ａ）に示すように、
同一チップ上に２個の張り出し部６−１、６−２を設
け、一方を測定用とし、他方を酸素を通過しない膜８で
おおい、参照用としたもの、あるいは図３（ｂ）のよう
に、別個のチップを用い、全体を窒素、アルゴン等の非
酸化性ないしは不活性なガスを封入したカバー９を設け
たものがあげられる。また、カバー９内にガスを封入せ
ずに真空ないし減圧としたものであってもよい。
【０００５】
実施例１ 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は
本発明のひとつの実施例を示す平面図である。図２は図
１のＡ−Ａ′断面図である。これらの図において、１は
（１００）表面を有するＳｉウエハよりなる基板で、こ
の表面に酸化シリコン２及び酸化タンタル３よりなる絶
縁層をスパッタリング法により形成する。絶縁層として
は、これら以外にも酸化アルミニウムないし酸窒化ケイ
素などが単層ないし積層構造として適宜使用できる。ま
た作成法としては真空蒸着法ないしＣＶＤ法なども好適
である。膜厚としては０．１〜１０μｍとする。つい
で、加熱ヒータ４および検出リード１０、１１と検出電
極５−１、５−２となる白金膜をスパッタリング法で成
膜し、通常のフォトリソ法によりパターン化する。ヒー
タ及び電極材料としてはこのほかにクロム、鉄、ニッケ
ルなどの単体ないし合金が単層ないし積層として０．０
５〜３μｍ厚さに形成する。作成法としてはスパッタリ
ング法以外にも真空蒸着法が使用できる。この後、張り
出し部６を形成するため、酸化シリコン及び酸化タンタ
ル層の一部をフォトリソ・エッチング法により除去し、
この窓をとおして、ＫＯＨ溶液でＳｉを異方性エッチン
グする。最後に、酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物
質層７を形成する。この薄膜としてプラズマ蒸着法によ
り酸化スズ膜をメタルマスクを介して、成膜し、５００
〜７００℃で数１０分ないし数時間熱処理して作成し
た。前記プラズマ蒸着法に代えＳｉの異方性エッチング
の前工程で、前記ゾルゲル法により酸化スズ膜の形成お
よびパターンニングを行い、酸素ガス感応物質層７を形
成した。これらのプラズマ蒸着法、溶液塗布法のいずれ
の場合も０．０５〜５μｍの範囲の膜厚を選択した。以
上のようにして作成した装置は、酸素ガス検出に際し
て、反応促進のために加熱するが、上記装置はその構造
上熱容量が小さいので消費電力も少ないという効果があ
る。以下、上記装置を使用した酸素ガス検出の動作ある
いは機構について説明する。加熱ヒータ４に通電するこ
とにより張り出し部全体を２００〜５００℃の一定温度
に加熱する。この状態での検出電極５−１、５−２の両
端の電気抵抗は、雰囲気中の酸素濃度が高ければ大き
い、濃度が低くければ小さい。即ち酸素濃度に対応する
抵抗値となり、酸素の有無ないし濃度が検出できる。ま
た、雰囲気が変化したときの応答速度も数１００ｍｓｅ
ｃ以下と従来のものと比較して、一桁以上速い応答を示
す。 実施例２ 図３の（ａ）および／または（ｂ）に示す参照用の検出
装置を用いた本発明の酸素ガス検出装置を使用した場合
の酸素ガス検出の動作についての実施例を示す。実施例
１で作成した酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質層
が実質的に酸素を含まない環境に保持してなる検出装置
と検出すべき環境に酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応
物質層がさらされる検出装置との少なくとも２個以上検
出装置を用い、酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質
層が実質的に酸素を含まない環境に保持される検出装置
の出力（電気抵抗）を参照信号として、検出すべき環境
に酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質層がさらされ
る検出装置の出力（電気抵抗）を検出信号として図４に
示すように比較回路により前記両出力を比較し両信号の
差を取り、この差を演算回路により演算後、出力するこ
とにより高感度な酸素ガス検出が可能となった。
本発明のひとつの実施例を示す平面図である。図２は図
１のＡ−Ａ′断面図である。これらの図において、１は
（１００）表面を有するＳｉウエハよりなる基板で、こ
の表面に酸化シリコン２及び酸化タンタル３よりなる絶
縁層をスパッタリング法により形成する。絶縁層として
は、これら以外にも酸化アルミニウムないし酸窒化ケイ
素などが単層ないし積層構造として適宜使用できる。ま
た作成法としては真空蒸着法ないしＣＶＤ法なども好適
である。膜厚としては０．１〜１０μｍとする。つい
で、加熱ヒータ４および検出リード１０、１１と検出電
極５−１、５−２となる白金膜をスパッタリング法で成
膜し、通常のフォトリソ法によりパターン化する。ヒー
タ及び電極材料としてはこのほかにクロム、鉄、ニッケ
ルなどの単体ないし合金が単層ないし積層として０．０
５〜３μｍ厚さに形成する。作成法としてはスパッタリ
ング法以外にも真空蒸着法が使用できる。この後、張り
出し部６を形成するため、酸化シリコン及び酸化タンタ
ル層の一部をフォトリソ・エッチング法により除去し、
この窓をとおして、ＫＯＨ溶液でＳｉを異方性エッチン
グする。最後に、酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物
質層７を形成する。この薄膜としてプラズマ蒸着法によ
り酸化スズ膜をメタルマスクを介して、成膜し、５００
〜７００℃で数１０分ないし数時間熱処理して作成し
た。前記プラズマ蒸着法に代えＳｉの異方性エッチング
の前工程で、前記ゾルゲル法により酸化スズ膜の形成お
よびパターンニングを行い、酸素ガス感応物質層７を形
成した。これらのプラズマ蒸着法、溶液塗布法のいずれ
の場合も０．０５〜５μｍの範囲の膜厚を選択した。以
上のようにして作成した装置は、酸素ガス検出に際し
て、反応促進のために加熱するが、上記装置はその構造
上熱容量が小さいので消費電力も少ないという効果があ
る。以下、上記装置を使用した酸素ガス検出の動作ある
いは機構について説明する。加熱ヒータ４に通電するこ
とにより張り出し部全体を２００〜５００℃の一定温度
に加熱する。この状態での検出電極５−１、５−２の両
端の電気抵抗は、雰囲気中の酸素濃度が高ければ大き
い、濃度が低くければ小さい。即ち酸素濃度に対応する
抵抗値となり、酸素の有無ないし濃度が検出できる。ま
た、雰囲気が変化したときの応答速度も数１００ｍｓｅ
ｃ以下と従来のものと比較して、一桁以上速い応答を示
す。 実施例２ 図３の（ａ）および／または（ｂ）に示す参照用の検出
装置を用いた本発明の酸素ガス検出装置を使用した場合
の酸素ガス検出の動作についての実施例を示す。実施例
１で作成した酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質層
が実質的に酸素を含まない環境に保持してなる検出装置
と検出すべき環境に酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応
物質層がさらされる検出装置との少なくとも２個以上検
出装置を用い、酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質
層が実質的に酸素を含まない環境に保持される検出装置
の出力（電気抵抗）を参照信号として、検出すべき環境
に酸化物の薄膜よりなる酸素ガス感応物質層がさらされ
る検出装置の出力（電気抵抗）を検出信号として図４に
示すように比較回路により前記両出力を比較し両信号の
差を取り、この差を演算回路により演算後、出力するこ
とにより高感度な酸素ガス検出が可能となった。
【０００６】
【効果】本発明によれば、自然環境や室内環境のみなら
ず、工業や産業上ガス中の高感度の酸素濃度測定に応用
できる酸素検出装置の高速応答性化がはかれる。
ず、工業や産業上ガス中の高感度の酸素濃度測定に応用
できる酸素検出装置の高速応答性化がはかれる。
【図１】本発明の片持梁構造型の酸素ガス検出装置の１
例の平面図である。
例の平面図である。
【図２】図１の（Ａ）−（Ａ′）線の断面図である。
【図３】（ａ）本発明の架橋構造型の酸素ガス検出装置
の１例の平面図である。 （ｂ）前記（ａ）の酸素ガス検出装置を酸素を通過しな
いカバーでおおったものの（Ｂ）−（Ｂ′）線の断面図
である。
の１例の平面図である。 （ｂ）前記（ａ）の酸素ガス検出装置を酸素を通過しな
いカバーでおおったものの（Ｂ）−（Ｂ′）線の断面図
である。
【図４】酸素を含まない環境下と検出対象の環境下に保
持されている酸素ガス感応物質層を有する各検知部の出
力差に基づいて酸素ガスを検出する回路の１例を示す図
である。
持されている酸素ガス感応物質層を有する各検知部の出
力差に基づいて酸素ガスを検出する回路の１例を示す図
である。
１ Ｓｉ基板 ２ 酸化シリコン層 ３ 酸化タンタル層 ４ 加熱ヒータ ５−１ 検出電極 ５−２ 検出電極 ６ 張り出し部 ６−１ 張り出し部 ６−２ 張り出し部 ７ 酸素ガス感応物質層 ８ 酸素を通過しない膜 ９ カバー １０ 検出リード １１ 検出リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 康弘 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 藤沢 悦子 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 臼井 義雄 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、該基板上に空中に張り出して設け
られ電気絶縁性材料からなる張り出し部、該張り出し部
上に所定距離隔離して設けた少なくとも一対の検出用リ
ードと該検出用リードの各々に接触して設けられた酸素
ガス感応物質層、前記張り出し部上に前記検出用リード
とほぼ並置して設けられた少なくとも１個のヒータリー
ドおよび前記一対の検出用リード間の電気抵抗を測定す
る電気抵抗測定部を有していることを特徴とする酸素ガ
スの有無ないし濃度を検出する装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の酸素ガス検出装置におい
て、実質的に酸素を含まない環境下に保持されている少
なくとも１個の酸素ガス感応物質層と、また、検出対象
の環境下に保持されている少なくとも１個の酸素ガス感
応物質層を有していることを特徴とする酸素ガスの有無
ないし濃度を検出する装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の酸素ガス検出装置におい
て、実質的に酸素を含まない環境下に保持されている少
なくとも１個の酸素ガス感応物質層に接する一対の検出
用リード間で測定された電気抵抗と検出対象の環境下に
保持されている少なくとも１個の酸素ガス感応物質層に
接する一対の検出用リード間で測定された電気抵抗との
間の電気抵抗の差を算出し、該電気抵抗の差に基づいて
酸素ガスの有無ないし濃度を判断する回路を有している
ことを特徴とする酸素ガスの有無ないし濃度を検出する
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34132792A JPH06167470A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 酸素ガス検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34132792A JPH06167470A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 酸素ガス検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06167470A true JPH06167470A (ja) | 1994-06-14 |
Family
ID=18345203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34132792A Pending JPH06167470A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 酸素ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06167470A (ja) |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP34132792A patent/JPH06167470A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4706493A (en) | Semiconductor gas sensor having thermally isolated site | |
| US4902138A (en) | Measuring component concentration in a gas blend | |
| US4953387A (en) | Ultrathin-film gas detector | |
| EP2762866B1 (en) | CMOS gas sensor and method for manufacturing the same | |
| US4343688A (en) | Method of making humidity sensors | |
| JPH07198646A (ja) | 低消費電力型薄膜ガスセンサ及びその製造方法 | |
| JPH01109250A (ja) | ガスセンサ | |
| JPH05312761A (ja) | バイオセンサ及びその製造方法 | |
| US5549870A (en) | Self-supporting thin-film filament detector, process for its manufacture and its application to gas detection and gas chromatography | |
| GB2142147A (en) | Gas sensor | |
| JPH09162421A (ja) | 圧抵抗素子およびその製造方法 | |
| CN112114005A (zh) | 氢传感器及其生产方法、测量装置、和氢浓度的测量方法 | |
| JPH06167470A (ja) | 酸素ガス検出装置 | |
| JP3244249B2 (ja) | センサー用電極 | |
| JPH0233979B2 (ja) | Yokyokusankaarumikanshitsumakunoseiho | |
| CA2141561A1 (en) | Thin film gas sensor and method of fabrication thereof | |
| JPH11201929A (ja) | 薄膜ガスセンサ | |
| KR100511268B1 (ko) | 가스센서 제조 방법 | |
| JP3047138B2 (ja) | 湿度センサの製造方法 | |
| JPH06118045A (ja) | 湿度センサ | |
| JP2926912B2 (ja) | 酸素センサ | |
| JPS6222096B2 (ja) | ||
| JPH0810202B2 (ja) | ガス検知方法 | |
| JPH0566215A (ja) | ガスセンサ | |
| JPS5979821A (ja) | 最高温度の検出方法 |