JPH07140101A - 不完全燃焼ガスセンサ - Google Patents
不完全燃焼ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH07140101A JPH07140101A JP28969193A JP28969193A JPH07140101A JP H07140101 A JPH07140101 A JP H07140101A JP 28969193 A JP28969193 A JP 28969193A JP 28969193 A JP28969193 A JP 28969193A JP H07140101 A JPH07140101 A JP H07140101A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】一酸化炭素ガスおよび水素ガスに選択的なセン
サを得る。 【構成】基板１の第一の主面には、感ガス層３、触媒層
４と、酸化燃焼層５を順次積層し、第二の主面にはヒー
タ８を形成する。感ガス層３はスパッタで調製されたｎ
型金属酸化物半導体の薄膜であり、触媒層４は白金およ
び金からなる超薄膜であり、酸化燃焼層は白金とロジウ
ムを担持したｎ型金属酸化物半導体の厚膜である。
サを得る。 【構成】基板１の第一の主面には、感ガス層３、触媒層
４と、酸化燃焼層５を順次積層し、第二の主面にはヒー
タ８を形成する。感ガス層３はスパッタで調製されたｎ
型金属酸化物半導体の薄膜であり、触媒層４は白金およ
び金からなる超薄膜であり、酸化燃焼層は白金とロジウ
ムを担持したｎ型金属酸化物半導体の厚膜である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は一酸化炭素ガスおよび
水素ガスを検出する不完全燃焼ガスセンサに係り、特に
アルコールガスの干渉を受けない不完全燃焼ガスセンサ
の構造に関する。
水素ガスを検出する不完全燃焼ガスセンサに係り、特に
アルコールガスの干渉を受けない不完全燃焼ガスセンサ
の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスセンサの一つとして酸化スズや酸化
亜鉛などの酸化物半導体を用いるものが知られている。
これら酸化物半導体は大気中で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
する。酸素は電子受容性が強く、負電荷吸着するために
粒子表面に空間電荷層が形成されて導電率が低下し、高
抵抗化する。この活性化吸着した酸素に可燃性ガスなど
の電子供与性の還元気体が接触すると、吸着酸素と可燃
性ガスとが反応して吸着酸素が除去され、酸素に捕獲さ
れていた電子が半導体内にもどされ、電子密度が増加し
て導電率が増大し、電気抵抗値が減少する。このような
性質を利用して酸化物半導体を利用するガスセンサがガ
ス漏れ警報器用に利用されている。この酸化物半導体を
用いたガスセンサは、可燃性ガス全般に感度を有し、特
にアルコールのような有機溶剤ガスに高感度を示す。
亜鉛などの酸化物半導体を用いるものが知られている。
これら酸化物半導体は大気中で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
する。酸素は電子受容性が強く、負電荷吸着するために
粒子表面に空間電荷層が形成されて導電率が低下し、高
抵抗化する。この活性化吸着した酸素に可燃性ガスなど
の電子供与性の還元気体が接触すると、吸着酸素と可燃
性ガスとが反応して吸着酸素が除去され、酸素に捕獲さ
れていた電子が半導体内にもどされ、電子密度が増加し
て導電率が増大し、電気抵抗値が減少する。このような
性質を利用して酸化物半導体を利用するガスセンサがガ
ス漏れ警報器用に利用されている。この酸化物半導体を
用いたガスセンサは、可燃性ガス全般に感度を有し、特
にアルコールのような有機溶剤ガスに高感度を示す。
【０００３】一酸化炭素ガスなどの不完全燃焼ガスを選
択的に検知するガスセンサとして、酸化スズ半導体にパ
ラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)などの触媒を担持させ、不
完全燃焼ガスを選択的に検知するガスセンサが知られて
いる。このような不完全燃焼ガス検知用センサは、アル
コールのような有機溶剤ガスと不完全燃焼ガスに感度を
有している。
択的に検知するガスセンサとして、酸化スズ半導体にパ
ラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)などの触媒を担持させ、不
完全燃焼ガスを選択的に検知するガスセンサが知られて
いる。このような不完全燃焼ガス検知用センサは、アル
コールのような有機溶剤ガスと不完全燃焼ガスに感度を
有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の不完全燃焼ガス検知用センサは、アルコー
ルなどの有機溶剤ガスに対しても不完全燃焼ガスに対し
ても感度を有するために不完全燃焼ガスを選択的に検知
することができないという問題があった。そこで本発明
の目的は、上述した点に鑑みて、有機溶剤ガスを選択的
に燃焼させることにより、有機溶剤ガスの干渉のない不
完全燃焼ガスセンサを提供することにある。
ような従来の不完全燃焼ガス検知用センサは、アルコー
ルなどの有機溶剤ガスに対しても不完全燃焼ガスに対し
ても感度を有するために不完全燃焼ガスを選択的に検知
することができないという問題があった。そこで本発明
の目的は、上述した点に鑑みて、有機溶剤ガスを選択的
に燃焼させることにより、有機溶剤ガスの干渉のない不
完全燃焼ガスセンサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の不完全燃焼ガスセンサは、基板上に形
成された感ガス層と、感ガス層上に積層された触媒層
と、触媒層上に積層された酸化燃焼層とを備え、前記感
ガス層はｎ型金属酸化物半導体からなる薄膜であり、前
記触媒層は２種類の貴金属からなる超薄膜であり、前記
酸化燃焼層は貴金属を担持したｎ型金属酸化物半導体か
らなる厚膜であることを特徴とする。
ために、本発明の不完全燃焼ガスセンサは、基板上に形
成された感ガス層と、感ガス層上に積層された触媒層
と、触媒層上に積層された酸化燃焼層とを備え、前記感
ガス層はｎ型金属酸化物半導体からなる薄膜であり、前
記触媒層は２種類の貴金属からなる超薄膜であり、前記
酸化燃焼層は貴金属を担持したｎ型金属酸化物半導体か
らなる厚膜であることを特徴とする。
【０００６】
【作用】酸化燃焼層は有機溶剤ガスを選択的に燃焼して
有機溶剤ガスを除去する。また、酸化燃焼層に担持され
た貴金属触媒により活性化酸素を発生させ、それを感ガ
ス層に活性化吸着させて空気中でのセンサの抵抗値を上
昇させ、不完全燃焼ガス中でのセンサの抵抗値との差を
大きくする。触媒層は一酸化炭素ガスおよび水素ガスを
活性化して感ガス層における酸素との置換を促進する。
有機溶剤ガスを除去する。また、酸化燃焼層に担持され
た貴金属触媒により活性化酸素を発生させ、それを感ガ
ス層に活性化吸着させて空気中でのセンサの抵抗値を上
昇させ、不完全燃焼ガス中でのセンサの抵抗値との差を
大きくする。触媒層は一酸化炭素ガスおよび水素ガスを
活性化して感ガス層における酸素との置換を促進する。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を示す不完全燃焼ガ
スセンサを図面に基づいて説明する。図１は本発明の一
実施例に係る不完全燃焼ガスセンサを示す平面図、図２
は図１に示す不完全燃焼ガスセンサのＡ−Ａ線矢視断面
図である。この不完全燃焼ガスセンサは一酸化炭素ガス
および水素ガスに対して高感度且つ選択的である。基板
１は厚さ０．５ｍｍ、３ｍｍ×３ｍｍの研磨されたアル
ミナ焼結体である。なお、基板としては熱伝導性の良好
な絶縁物であればアルミナに限定されるものではない。
スセンサを図面に基づいて説明する。図１は本発明の一
実施例に係る不完全燃焼ガスセンサを示す平面図、図２
は図１に示す不完全燃焼ガスセンサのＡ−Ａ線矢視断面
図である。この不完全燃焼ガスセンサは一酸化炭素ガス
および水素ガスに対して高感度且つ選択的である。基板
１は厚さ０．５ｍｍ、３ｍｍ×３ｍｍの研磨されたアル
ミナ焼結体である。なお、基板としては熱伝導性の良好
な絶縁物であればアルミナに限定されるものではない。
【０００８】基板１の第一の主面には電極２，感ガス層
３，触媒層４，酸化燃焼層５を順次積層する。基板１の
第二の主面には電極２Ａと白金(Pt)からなるヒータ８を
形成する。このような不完全燃焼ガスセンサは以下のよ
うにして調製される。基板１の第一の主面と第二の主面
に、メタルマスクを用い、公知のＲＦスパッタリッグ法
で厚さ０．２μｍの白金からなる電極２，２Ａを形成す
る。ＲＦスパッタリングの条件はＡｒ圧力０．５Ｐａ、
基板温度３５０℃、電力４Ｗ／ｃｍ2である。基板１の
第二の主面に、ヒータ８を白金を用いてＲＦスパッタリ
ング法により厚さ１μｍに形成する。
３，触媒層４，酸化燃焼層５を順次積層する。基板１の
第二の主面には電極２Ａと白金(Pt)からなるヒータ８を
形成する。このような不完全燃焼ガスセンサは以下のよ
うにして調製される。基板１の第一の主面と第二の主面
に、メタルマスクを用い、公知のＲＦスパッタリッグ法
で厚さ０．２μｍの白金からなる電極２，２Ａを形成す
る。ＲＦスパッタリングの条件はＡｒ圧力０．５Ｐａ、
基板温度３５０℃、電力４Ｗ／ｃｍ2である。基板１の
第二の主面に、ヒータ８を白金を用いてＲＦスパッタリ
ング法により厚さ１μｍに形成する。
【０００９】本実施例ではヒータ、電極は白金を用いて
いるがこれに限定されるものではなく、ＳｉＣ，ＴａＮ
2 の化合物やＲｕＯ2 等の酸化物も使用できる。次に酸
化スズからなる感ガス層３をメタルマスクを用い、ＲＦ
マグネトロンスパッタリング法により厚さ０．１ないし
１．０μｍ、１ｍｍ×１．２ｍｍの大きさに形成する。
ＲＦスパッタリングの条件はガス圧１ないし５Ｐａ、Ａ
ｒ／Ｏ2比２：１、基板温度４００℃、電力４Ｗ／ｃｍ
2 である。
いるがこれに限定されるものではなく、ＳｉＣ，ＴａＮ
2 の化合物やＲｕＯ2 等の酸化物も使用できる。次に酸
化スズからなる感ガス層３をメタルマスクを用い、ＲＦ
マグネトロンスパッタリング法により厚さ０．１ないし
１．０μｍ、１ｍｍ×１．２ｍｍの大きさに形成する。
ＲＦスパッタリングの条件はガス圧１ないし５Ｐａ、Ａ
ｒ／Ｏ2比２：１、基板温度４００℃、電力４Ｗ／ｃｍ
2 である。
【００１０】スパッタリングで酸化スズ(SnO2)の薄膜を
形成するときは柱状の酸化スズ(SnO 2)結晶が得られる。
柱状の酸化スズ(SnO2)結晶はガス圧が高いときに有効に
生成する。続いて触媒層４をＰｔおよびＡｕを用いＲＦ
マグネトロンスパッタリングにより感ガス層３の上に１
ｎｍないし１０ｎｍの厚さに形成する。まず、Ｐｔを用
いＲＦマグネトロンスパッタリングにより感カズ層３上
に３ｎｍ厚さのＰｔ超薄膜を形成する。ＲＦマグネトロ
ンスパッタリングの条件はガス圧１Ｐａ、スパッタガス
はＡｒまたはＯ2 、基板温度４００℃、電力１Ｗ／ｃｍ
2 である。
形成するときは柱状の酸化スズ(SnO 2)結晶が得られる。
柱状の酸化スズ(SnO2)結晶はガス圧が高いときに有効に
生成する。続いて触媒層４をＰｔおよびＡｕを用いＲＦ
マグネトロンスパッタリングにより感ガス層３の上に１
ｎｍないし１０ｎｍの厚さに形成する。まず、Ｐｔを用
いＲＦマグネトロンスパッタリングにより感カズ層３上
に３ｎｍ厚さのＰｔ超薄膜を形成する。ＲＦマグネトロ
ンスパッタリングの条件はガス圧１Ｐａ、スパッタガス
はＡｒまたはＯ2 、基板温度４００℃、電力１Ｗ／ｃｍ
2 である。
【００１１】次にＡｕを用いＲＦマグネトロンスパッタ
リングによりＰｔ超薄膜上に３ｎｍ厚さのＡｕ超薄膜を
形成する。ＲＦマグネトロンスパッタリングの条件はガ
ス圧１Ｐａ、スパッタガスはＡｒまたはＯ2 、基板温度
４００℃、電力１Ｗ／ｃｍ2である。このＰｔおよびＡ
ｕからなる触媒層は一酸化炭素ガスおよび水素ガスを活
性化して感ガス層における酸素との置換を促進する。
リングによりＰｔ超薄膜上に３ｎｍ厚さのＡｕ超薄膜を
形成する。ＲＦマグネトロンスパッタリングの条件はガ
ス圧１Ｐａ、スパッタガスはＡｒまたはＯ2 、基板温度
４００℃、電力１Ｗ／ｃｍ2である。このＰｔおよびＡ
ｕからなる触媒層は一酸化炭素ガスおよび水素ガスを活
性化して感ガス層における酸素との置換を促進する。
【００１２】次に酸化燃焼層の形成法について説明す
る。酸化スズの粉末を乾燥空気中で７５０℃で２ｈ熱処
理し、酸化スズ粉末を得る。これを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末を塩化白
金酸(H2PtCl)および三塩化ロジウム(RhCl3) の水溶液に
加え混練して乾燥し白金を１ないし３％およびロジウム
を０．５ないし２％担持した酸化スズの粉末を調製す
る。この粉末を６００℃で３ｈ熱処理し、触媒を分解す
る。この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る。このペースト
を５０μｍの厚さになるようにスクリーン印刷し、１２
０℃で２ｈ乾燥して酸化燃焼層５を得る。
る。酸化スズの粉末を乾燥空気中で７５０℃で２ｈ熱処
理し、酸化スズ粉末を得る。これを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末を塩化白
金酸(H2PtCl)および三塩化ロジウム(RhCl3) の水溶液に
加え混練して乾燥し白金を１ないし３％およびロジウム
を０．５ないし２％担持した酸化スズの粉末を調製す
る。この粉末を６００℃で３ｈ熱処理し、触媒を分解す
る。この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る。このペースト
を５０μｍの厚さになるようにスクリーン印刷し、１２
０℃で２ｈ乾燥して酸化燃焼層５を得る。
【００１３】このようにして得られた三層構造体を６０
０℃で３ｈ焼結する。電極２，２Ａにはリード線７，９
がそれぞれ接続される。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。図３は本発明の一実施例
に係る不完全燃焼ガスセンサの各種ガス感度特性を示す
線図である。測定はガス濃度０〜３０００ｐｐｍまでの
水素、一酸化炭素、アルコール、イソブタン、メタン雰
囲気中で行い、各種ガスのガス中での抵抗値をＲｇ、空
気中での抵抗値をＲｏとして（Ｒｏ／Ｒｇ）をガス感度
とした。図３からもわかるように本実施例により製造さ
れた不完全燃焼ガスセンサは一酸化炭素および水素には
感度を示すが、アルコール、イソブタン、メタンにはほ
とんど感度を示さない。水素ガスの感度は一酸化炭素ガ
スの約２倍の感度を有する。ガス機器が不完全燃焼した
時の発生ガスは一酸化炭素と水素でその比が２：１程度
である。このため本発明により製造された不完全燃焼ガ
スセンサは十分に一酸化炭素ガスを検知することができ
る。
０℃で３ｈ焼結する。電極２，２Ａにはリード線７，９
がそれぞれ接続される。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。図３は本発明の一実施例
に係る不完全燃焼ガスセンサの各種ガス感度特性を示す
線図である。測定はガス濃度０〜３０００ｐｐｍまでの
水素、一酸化炭素、アルコール、イソブタン、メタン雰
囲気中で行い、各種ガスのガス中での抵抗値をＲｇ、空
気中での抵抗値をＲｏとして（Ｒｏ／Ｒｇ）をガス感度
とした。図３からもわかるように本実施例により製造さ
れた不完全燃焼ガスセンサは一酸化炭素および水素には
感度を示すが、アルコール、イソブタン、メタンにはほ
とんど感度を示さない。水素ガスの感度は一酸化炭素ガ
スの約２倍の感度を有する。ガス機器が不完全燃焼した
時の発生ガスは一酸化炭素と水素でその比が２：１程度
である。このため本発明により製造された不完全燃焼ガ
スセンサは十分に一酸化炭素ガスを検知することができ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の不完全燃
焼ガスセンサは、基板上に形成された感ガス層と、感ガ
ス層上に積層された触媒層と、触媒層上に積層された酸
化燃焼層とを備え、前記感ガス層はｎ型金属酸化物半導
体からなる薄膜であり、前記触媒層は２種類の貴金属か
らなる超薄膜であり、前記酸化燃焼層は貴金属を担持し
たｎ型金属酸化物半導体からなる厚膜であるので、酸化
燃焼層は有機溶媒ガスを選択的に燃焼して有機溶剤ガス
を除去する。一酸化炭素ガスおよび水素ガスは触媒層に
活性化されて感ガス層内部に導かれる。
焼ガスセンサは、基板上に形成された感ガス層と、感ガ
ス層上に積層された触媒層と、触媒層上に積層された酸
化燃焼層とを備え、前記感ガス層はｎ型金属酸化物半導
体からなる薄膜であり、前記触媒層は２種類の貴金属か
らなる超薄膜であり、前記酸化燃焼層は貴金属を担持し
たｎ型金属酸化物半導体からなる厚膜であるので、酸化
燃焼層は有機溶媒ガスを選択的に燃焼して有機溶剤ガス
を除去する。一酸化炭素ガスおよび水素ガスは触媒層に
活性化されて感ガス層内部に導かれる。
【００１５】このようにして有機溶剤ガスは検知されず
一酸化炭素ガスおよび水素ガスのみに応答する高選択性
且つ高感度の不完全燃焼ガスセンサを得ることができ
る。
一酸化炭素ガスおよび水素ガスのみに応答する高選択性
且つ高感度の不完全燃焼ガスセンサを得ることができ
る。
【図１】本発明の一実施例に係る不完全燃焼ガスセンサ
を示す平面図
を示す平面図
【図２】図１に示す不完全燃焼ガスセンサのＡ−Ａ線矢
視断面図
視断面図
【図３】本発明の一実施例を示す不完全燃焼ガスセンサ
の各種ガス感度特性を示す線図
の各種ガス感度特性を示す線図
１ 基板 ３ 感ガス層 ４ 触媒層 ５ 酸化燃焼層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に形成された感ガス層と、感ガス層
上に積層された触媒層と、触媒層上に積層された酸化燃
焼層とを備え、前記感ガス層はｎ型金属酸化物半導体か
らなる薄膜であり、前記触媒層は２種類の貴金属からな
る超薄膜であり、前記酸化燃焼層は貴金属を担持したｎ
型金属酸化物半導体からなる厚膜であることを特徴とす
る不完全燃焼ガスセンサ。 - 【請求項２】請求項１記載の不完全燃焼ガスセンサにお
いて、触媒層は白金とこの白金上に成膜された金からな
る膜厚が１ないし１０ｎｍの範囲にある超薄膜であるこ
とを特徴とする不完全燃焼ガスセンサ。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の不完全燃
焼ガスセンサにおいて、ｎ型金属酸化物半導体からなる
感ガス層は、膜厚が１μｍ以下の酸化スズであることを
特徴とする不完全燃焼ガスセンサ。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３に記載の不完全燃
焼ガスセンサにおいて、酸化燃焼層は、白金およびロジ
ウムを担持した酸化スズであることを特徴とする不完全
燃焼ガスセンサ。 - 【請求項５】請求項４記載の不完全燃焼ガスセンサにお
いて、白金の担持量は１ないし３％、ロジウムの担持量
は０．５ないし２％の範囲にあることを特徴とする不完
全燃焼ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28969193A JPH07140101A (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | 不完全燃焼ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28969193A JPH07140101A (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | 不完全燃焼ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07140101A true JPH07140101A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=17746506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28969193A Pending JPH07140101A (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | 不完全燃焼ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07140101A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004048957A1 (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-10 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | 酸化性ガスセンサ |
| JP2007147655A (ja) * | 2007-03-09 | 2007-06-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ素子 |
| US20110100087A1 (en) * | 2006-10-19 | 2011-05-05 | Andre De Haan | Sensor for gases emitted by combustion |
| KR101131702B1 (ko) * | 2009-02-27 | 2012-04-03 | 포항공과대학교 산학협력단 | 가스센서용 조성물, 이를 포함하는 가스센서 및 가스센서용 조성물의 제조방법 |
-
1993
- 1993-11-19 JP JP28969193A patent/JPH07140101A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004048957A1 (ja) * | 2002-11-27 | 2004-06-10 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | 酸化性ガスセンサ |
| US20110100087A1 (en) * | 2006-10-19 | 2011-05-05 | Andre De Haan | Sensor for gases emitted by combustion |
| US8234906B2 (en) * | 2006-10-19 | 2012-08-07 | Societe de Chimie Inorganique et Organique en abrege “Sochinor” | Sensor for gases emitted by combustion |
| JP2007147655A (ja) * | 2007-03-09 | 2007-06-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ素子 |
| JP4603001B2 (ja) * | 2007-03-09 | 2010-12-22 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子 |
| KR101131702B1 (ko) * | 2009-02-27 | 2012-04-03 | 포항공과대학교 산학협력단 | 가스센서용 조성물, 이를 포함하는 가스센서 및 가스센서용 조성물의 제조방법 |
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