JPH06186191A - 厚膜ガスセンサ - Google Patents

厚膜ガスセンサ

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JPH06186191A
JPH06186191A JP33478292A JP33478292A JPH06186191A JP H06186191 A JPH06186191 A JP H06186191A JP 33478292 A JP33478292 A JP 33478292A JP 33478292 A JP33478292 A JP 33478292A JP H06186191 A JPH06186191 A JP H06186191A
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JP
Japan
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layer
gas sensor
thick film
gas
film gas
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Pending
Application number
JP33478292A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuyuki Kawada
泰之 河田
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】感度安定性と、初期鳴動特性と、耐電圧性に優
れる厚膜ガスセンサを得る。 【構成】基板1に対して酸化スズに白金を担持した第一
の被覆層3と、酸化スズからなる感ガス層4と、酸化パ
ラジウムからなる触媒層5と、酸化スズに白金を担持し
た第二の被覆層6を順次積層する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はLPガス,都市ガス,
水素ガス等を検出するガス漏れ警報器用の厚膜ガスセン
サに係り、特に厚膜ガスセンサの多層構造に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスセンサの一つとして酸化スズや酸化
亜鉛等の金属酸化物半導体を用いるものが知られてい
る。これら金属酸化物半導体は大気中において300な
いし500℃程度に加熱されると粒子表面に大気中の酸
素が活性化吸着し、高抵抗化するが還元性ガスである被
検ガス中で吸着酸素が除去され抵抗値が減少する。この
ような性質を利用して金属酸化物半導体を利用するガス
センサがLPガスや都市ガス等のガス漏れ警報器用に利
用されている。
【0003】図5は従来の厚膜ガスセンサを示す断面図
である。図6は従来の厚膜ガスセンサを示す平面図であ
る。従来の厚膜ガスセンサはアルミナ等の絶縁性基板1
の一主面上に感ガス層4と被覆層3Aを積層して形成さ
れる。基板1の他の主面にはヒータ8が形成され厚膜ガ
スセンサを所定の温度に加熱する。感ガス層4は例えば
酸化スズからなる層である。被覆層3Aは酸化スズに白
金のような貴金属触媒を担持して形成される。この被覆
層3Aは感ガス層4の可燃性ガスに対する感度の経時的
な安定性を高めるとともに、可燃ガスに対する選択性を
高めてアルコール等に対する感度を低減させる。感ガス
層4またはヒータ8には電極2を介して商用電源が直接
的に印加される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな従来の二層型厚膜ガスセンサにおいては感度の経時
的な安定性が変化が十分でない上に初期鳴動時間が長く
なるという問題があった。この初期鳴動はガスセンサに
電源を投入してガスセンサの使用を開始したときにセン
サの抵抗が一旦減少してから上昇するために抵抗の減少
している間は警報を発する現象であり初期鳴動時間はそ
の警報を発している時間を指す。従ってこの鳴動時間中
はガスセンサが警報を発しないように制御するがこの初
期鳴動時間が長くなるとガスセンサの使用開始に手間取
り好ましくないのである。二層型の厚膜ガスセンサにお
いて初期鳴動時間が長くなる原因は感ガス層4の片面が
緻密質の基板に接しているために酸素の供給が悪くなる
ことに起因している。
【0005】さらに従来の二層型厚膜ガスセンサは商用
電源を直接印加して使用するが電源変動により印加電圧
が上昇したときにはガスセンサの温度が上昇しそのため
に感ガス層の電気抵抗が減少して誤報を発するという問
題があった。警報は感ガス層の抵抗値が所定の設定値に
なったときに発せられるから空気中のガスセンサの抵抗
値が高ければ警報を発する確率は小さくなる。
【0006】この発明は上述の点に鑑みてなされその目
的は厚膜型の感ガス層に対する空気の供給を大きくする
こと、および感ガス層の空気中の抵抗値を高めることに
より感度が経時的に安定である上に、初期鳴動や電源電
圧変動による影響がなく信頼性に優れる厚膜ガスセンサ
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を利用してガ
スの有無を検出する厚膜ガスセンサであって、基板と、
第一の被覆層と、感ガス層と、触媒層と、第二の被覆層
を包含し、基板は絶縁性で、厚膜ガスセンサにおける支
持体であり、第一の被覆層は金属酸化物半導体に貴金属
触媒を担持してなる層で基板に直接的に積層され、感ガ
ス層は金属酸化物半導体の厚膜であり、触媒層は貴金属
酸化物の薄膜で、前記感ガス層と面接触し、第二の被覆
層は金属酸化物半導体に貴金属触媒を担持し、第一の被
覆層と第二の被覆層は感ガス層と触媒層を挟持してなる
とすることにより達成される。
【0008】
【作用】第一の被覆層と第二の被覆層は検出ガスに対す
る選択性を高め、感ガス層に対する空気の供給を高め
る。貴金属酸化物である触媒層は感ガス層における酸素
の吸着量、吸着速度を高める。
【0009】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 実施例1 図1はこの発明の実施例に係る厚膜ガスセンサを示す断
面図である。このガスセンサは基板1の上に第一の被覆
層3、感ガス層4、触媒層5、第二の被覆層6が順次積
層される。ヒータ8は酸化ルテニウムを用いて形成され
る。その他は従来のガスセンサと同様である。
【0010】基板1は厚さ0.5mm、3mm×3mm
の研磨されたアルミナ焼結体が用いられる。基板は熱伝
導性の良好な絶縁物であればアルミナに限定されるもの
ではない。第一の被覆層3は次のようにして形成され
る。酸化スズの粉末を乾燥空気中で良く乾燥してからボ
ールミルにて所定の粒度に粉砕する。粉砕された酸化ス
ズの粉体を塩化白金酸の水溶液に加え混練して乾燥し白
金を1ないし5%担持した酸化スズの粉体を調製した。
この粉体を600℃で3h熱処理し、触媒を分解させ
る。触媒の担持された酸化スズをボールミルにて粉砕
し、エチルシリケート,エチルセルロース,カルビトー
ルを適量加えて混練しペーストを得た。得られたペース
トを20μmの厚さになるようスクリーン印刷し、12
0℃で1h乾燥して第一の被覆層を得た。
【0011】感ガス層4は次のようにして形成される。
酸化スズの粉体を乾燥空気中で良く乾燥してからボール
ミルにて所定の粒度に粉砕する。得られた粉体にエチル
シリケート,エチルセルロース,カルビトールを適量加
えて混練しペーストを得た。得られたペーストをスクリ
ーン印刷法により第一の被覆層上に厚さ50μmとなる
ように印刷し、120℃で1h乾燥した。次に感ガス4
上にメタルマスクを用いた反応性スパッタリングにより
触媒層5である酸化パラジウムを厚さ5nmに成膜し
た。反応性スパッタリングの条件はガス圧2Pa、Ar
/O2 =2:1、電力1W/cm2 、基板温度200℃
であった。
【0012】触媒層5の上には第一の触媒層3と同一の
条件で調製したペーストを厚さ30μmになるようスク
リーン印刷した。常温で乾燥したのち、120℃で2h
乾燥した。このようにして形成した4層構造の積層厚膜
を600℃で3h焼結した。電極2,2Aにはリード線
7,9が接続される。得られた厚膜ガスセンサは図示し
ない警報回路に接続される。
【0013】以下の厚膜ガスセンサは第一の被覆層と第
二の被覆層中の白金触媒量を2%としている。図3はこ
の発明の実施例に係る厚膜ガスセンサの初期鳴動時間
(特性線イ)を従来の厚膜ガスセンサの特性(特性線
ア)と対比して示す線図である。従来の厚膜ガスセンサ
は2層構造である。従来の厚膜ガスセンサは無通電の経
過日数により初期鳴動時間が増大するが、本発明の厚膜
ガスセンサは無通電の日数が長くなっても初期鳴動時間
は非常に短い。従来の厚膜ガスセンサにおいては電源投
入後センサの温度が上昇して抵抗値が減少しその後酸素
の吸着により抵抗値が増大するが従来の場合は酸素の供
給が単一の被覆層であるのに対し、本発明の4層構造の
厚膜ガスセンサにおいては活性酸素の供給が第一の被覆
層3と第二の被覆層6の上下からなされるためと触媒層
5により酸素の吸着が促進されるためである。
【0014】図2は本発明の実施例に係る厚膜ガスセン
サの抵抗値の通電時経時変化(特性線ウ)を従来のもの
(特性線エ)と対比して示す線図である。測定は0.2
%のイソブタンガス中で行われた。従来の厚膜ガスセン
サは2層構造のものである。感ガス層4の上に触媒層5
を設けているので抵抗値の安定性は2層構造のものより
高まっている。
【0015】図4はこの発明の実施例に係る厚膜ガスセ
ンサにつきその抵抗値の電圧依存性(特性線オ)を従来
の特性(特性線カ)と対比して示す線図である。触媒層
5の存在により感ガス層4の酸素吸着が増大し、厚膜ガ
スセンサの抵抗値が大きくなっていることがわかる。こ
の結果同一の抵抗値を与える電圧の値が5V程度高くな
り、電圧変動特性が向上する。 実施例2 第一の被覆層3と第二の被覆層6を酸化スズに替えて酸
化亜鉛とする以外は実施例1と同様にして厚膜ガスセン
サを作成した。実施例1と同様な特性が得られた。
【0016】
【発明の効果】この発明によれば、金属酸化物半導体の
抵抗値の変化を利用してガスの有無を検出する厚膜ガス
センサであって、基板と、第一の被覆層と、感ガス層
と、触媒層と、第二の被覆層を包含し、基板は絶縁性
で、厚膜ガスセンサにおける支持体であり、第一の被覆
層は金属酸化物半導体に貴金属触媒を担持してなる層で
基板に直接的に積層され、感ガス層は金属酸化物半導体
の厚膜であり、触媒層は貴金属酸化物の薄膜で、前記感
ガス層と面接触し、第二の被覆層は金属酸化物半導体に
貴金属触媒を担持し、第一の被覆層と第二の被覆層が感
ガス層と触媒層を挟持してなるので、第一の被覆層と第
二の被覆層は検出ガスに対する選択性を高め、感ガス層
に対する空気の供給を高める。また貴金属酸化物である
触媒層は感ガス層における酸素の吸着量、吸着速度を増
大させる。その結果感度安定性と、初期鳴動特性と、電
圧変動特性に優れる厚膜ガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係る厚膜ガスセンサを示す
断面図
【図2】本発明の実施例に係る厚膜ガスセンサの抵抗値
の通電時経時変化(特性線ウ)を従来のもの(特性線
エ)と対比して示す線図
【図3】この発明の実施例に係る厚膜ガスセンサの初期
鳴動時間(特性線イ)を従来の厚膜ガスセンサの特性
(特性線ア)と対比して示す線図
【図4】この発明の実施例に係る厚膜ガスセンサにつき
その抵抗値の電圧依存性(特性線オ)を従来の特性(特
性線カ)と対比して示す線図
【図5】従来の厚膜ガスセンサを示す断面図
【図6】従来の厚膜ガスセンサを示す平面図
【符号の説明】
1 基板 2 電極 2A 電極 3 第一の被覆層 3A 被覆層 4 感ガス層 5 触媒層 6 第二の被覆層 7 リード線 8 ヒータ 9 リード線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属酸化物半導体の抵抗値の変化を利用し
    てガスの有無を検出する厚膜ガスセンサであって、 (1)基板と、 (2)第一の被覆層と、 (3)感ガス層と、 (4)触媒層と、 (5)第二の被覆層を包含し、 基板は絶縁性で、厚膜ガスセンサにおける支持体であ
    り、 第一の被覆層は金属酸化物半導体に貴金属触媒を担持し
    てなる層で基板に直接的に積層され、 感ガス層は金属酸化物半導体の厚膜であり、 触媒層は貴金属酸化物の薄膜で、前記感ガス層と面接触
    し、 第二の被覆層は金属酸化物半導体に貴金属触媒を担持
    し、 第一の被覆層と第二の被覆層は感ガス層と触媒層を挟持
    してなることを特徴とする厚膜ガスセンサ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の厚膜ガスセンサにおいて、
    金属酸化物半導体はn型金属酸化物半導体であることを
    特徴とする厚膜ガスセンサ。
  3. 【請求項3】請求項2記載の厚膜ガスセンサにおいて、
    n型金属酸化物半導体は酸化スズであることを特徴とす
    る厚膜ガスセンサ。
  4. 【請求項4】請求項1記載の厚膜ガスセンサにおいて、
    貴金属触媒は白金であることを特徴とする厚膜ガスセン
    サ。
  5. 【請求項5】請求項1記載の厚膜ガスセンサにおいて、
    貴金属酸化物は酸化パラジウムであることを特徴とする
    厚膜ガスセンサ。
  6. 【請求項6】請求項4記載の厚膜ガスセンサにおいて、
    白金は1ないし5%の割合で金属酸化物半導体に担持さ
    れてなることを特徴とする厚膜ガスセンサ。
JP33478292A 1992-12-16 1992-12-16 厚膜ガスセンサ Pending JPH06186191A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7389675B1 (en) * 2006-05-12 2008-06-24 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Miniaturized metal (metal alloy)/ PdOx/SiC hydrogen and hydrocarbon gas sensors
CN102064277A (zh) * 2010-09-21 2011-05-18 上海大学 R134a制冷剂气体传感器气敏元件的制备方法
CN114235903A (zh) * 2020-09-09 2022-03-25 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种气体传感器及其制作方法

Cited By (4)

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US8001828B2 (en) 2006-05-12 2011-08-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Miniaturized metal (metal alloy)/ PdOx/SiC hydrogen and hydrocarbon gas sensors
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