JPH07260729A - Board-type semiconductor gas sensor and gas detector - Google Patents

Board-type semiconductor gas sensor and gas detector

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JPH07260729A
JPH07260729A JP4839494A JP4839494A JPH07260729A JP H07260729 A JPH07260729 A JP H07260729A JP 4839494 A JP4839494 A JP 4839494A JP 4839494 A JP4839494 A JP 4839494A JP H07260729 A JPH07260729 A JP H07260729A
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metal oxide
semiconductor film
sensor
oxide semiconductor
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Kengo Suzuki
健吾 鈴木
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New Cosmos Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a gas sensor wherein odor measurement can be exactly performed in a lower concentration area by heightening sensitivity for various odors of a detection object, the improving an S/N ratio by lowering the sensitivity for odorless gas. CONSTITUTION:In a board-type semiconductor gas sensor 1 wherein a metal oxide semiconductor film layer, 3 having tin oxide as a main component is provided on a board 2, and a detection electrode 4 electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer 3 is provided, an average primary particle diameter of tin oxide is from 35 to 70nm, the film thickness of the metal oxide semiconductor film layer is from 10 to 50mum, a kind or more of either of lead or lanthanum are added to the metal oxide semiconductor film layer 3, and a coating layer 8 of various metal oxides is provided on a surface layer.

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、臭気の強度および有無
を調べる必要がある場合、例えば脱臭剤の効果確認、食
品工業で使用されるフレーバーの管理、食品包装材の匂
いの有無の確認、臭気を発生する工場周辺における環境
計測などに用いられる技術に関するものであり、さらに
具体的には、このような臭気ガスを検出するために使用
される、基板上に酸化スズを主成分とする金属酸化物半
導体膜層を備え、金属酸化物半導体膜層に電気的に接続
された検出電極を備えて構成される基板型半導体式ガス
センサ及び、このタイプのセンサを備え、そのセンサ温
度を適切な検知温度に維持する加熱手段を備えたガス検
出器に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention, when it is necessary to check the strength and presence of odor, for example, confirmation of the effect of a deodorant, control of flavors used in the food industry, confirmation of the presence or absence of odor in food packaging materials, The present invention relates to a technique used for environmental measurement in the vicinity of a factory that produces odors, and more specifically, a metal mainly composed of tin oxide on a substrate used for detecting such odor gas. A substrate type semiconductor gas sensor including an oxide semiconductor film layer and a detection electrode electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer, and a sensor of this type, and detecting the sensor temperature appropriately. The present invention relates to a gas detector equipped with heating means for maintaining the temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで匂いの評価は、官能試験法かガ
スクロなどを用いる機器分析法によって行われてきた。
しかし前者は試験方法が煩雑である、少なくとも3名以
上の人手を必要とする、得られる結果の客観性に欠け
る、などの問題点がある。また後者は設備およびその維
持費が高価である、機器の操作に高度な知識が要求され
る、測定に時間がかかるなどの問題点がある。そこで、
最近匂いの簡便な評価方法として、匂いのあるガスに対
する感度を高くした半導体式匂いセンサを用いる方法も
利用されつつある。そして、本願が対象とする基板型半
導体式ガスセンサにおいては、感ガス体としての酸化ス
ズを600℃〜800℃の温度で焼成し、その平均一次
粒子径を20〜30nmに設定し、、比表面積は比較的
高い7〜20m2/g程度に設定されていた。そして、
ガス検知にあたっては、センサ温度を350℃程度に設
定してガスの検知をおこなっていた。
2. Description of the Related Art Up to now, odor evaluation has been conducted by a sensory test method or an instrumental analysis method using gas chromatography or the like.
However, the former has problems that the test method is complicated, at least three or more people are required, and the obtained result is not objective. The latter also has the problems that the equipment and its maintenance cost are expensive, a high degree of knowledge is required to operate the equipment, and it takes a long time for measurement. Therefore,
Recently, as a simple odor evaluation method, a method using a semiconductor odor sensor with high sensitivity to odorous gas is being used. Then, in the substrate type semiconductor gas sensor targeted by the present application, tin oxide as a gas sensitive material is fired at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C., and the average primary particle diameter thereof is set to 20 to 30 nm to obtain a specific surface area. Was set to a relatively high level of about 7 to 20 m 2 / g. And
For gas detection, the sensor temperature was set to about 350 ° C. to detect gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には、以
下に示すような欠点があった。即ち、従来の半導体式
(600〜800℃で焼成した酸化錫を用いたもの)匂
いセンサにおいては、センサが検出することのできるガ
ス濃度の限界(検出下限界濃度)とヒトが匂いを感じる
限界の濃度(検知域値)の間には大きな隔たりがあり、
充分な匂いの確認ができない。さらに、従来の基板型半
導体式ガスセンサにおいては、アルコール類、ケトン
類、アルデヒド類といった匂いを有するガスに対して、
水素、イソブタン、一酸化炭素等の無臭気性のガスを識
別検知しにくい。また、匂いを有するガス間においても
これらを識別検知することが難しい。一方、酸化スズの
焼成温度(一次粒子径)起因の欠点として、センサに長
期安定性がなく、湿度依存性が高く、膜厚依存性が高
く、品質が安定せず収率が悪い等の点で問題があった。
従って、本発明の目的は、検知対象の各種の匂いに対す
る感度を高めると共に、無臭のガスに対する感度を低下
させることでS/N比を向上させ、より低濃度域での匂
いの計測を正確に行え、また焼成温度が低いことに起因
する上記のような問題点を解決したガスセンサを得るこ
とを目的とする。
The above-mentioned prior art has the following drawbacks. That is, in the conventional semiconductor type (using tin oxide burned at 600 to 800 ° C.) odor sensor, the limit of the gas concentration that can be detected by the sensor (the lower limit of detection) and the limit at which humans sense the odor There is a large gap between the concentrations (detection thresholds) of
I can't confirm enough odor. Furthermore, in the conventional substrate type semiconductor gas sensor, for gases having an odor such as alcohols, ketones, and aldehydes,
Odorless gases such as hydrogen, isobutane and carbon monoxide are difficult to identify and detect. Further, it is difficult to distinguish and detect these even between gases having an odor. On the other hand, the disadvantages due to the firing temperature (primary particle size) of tin oxide are that the sensor does not have long-term stability, high humidity dependency, high film thickness dependency, unstable quality and poor yield. I had a problem with.
Therefore, an object of the present invention is to improve the S / N ratio by increasing the sensitivity to various odors to be detected and reducing the sensitivity to odorless gas, and to accurately measure the odor in a lower concentration range. It is an object of the present invention to obtain a gas sensor that can be performed and solves the above problems caused by a low firing temperature.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本願第1の発明による基板上に酸化スズを主成分とす
る金属酸化物半導体膜層を備え、金属酸化物半導体膜層
に電気的に接続された検出電極を備えて構成される基板
型半導体式ガスセンサの特徴構成は、酸化スズの平均一
次粒子径が35nmから70nmに形成され、金属酸化
物半導体膜層の膜厚を10μmから50μmに形成さ
れ、金属酸化物半導体膜層に鉛(Pb)またはランタン
(La)のいずれか一種以上が添加されていることにあ
り、この基板型半導体式ガスセンサを備えたガス検出器
の特徴構成は、これが、金属酸化物半導体膜層を450
℃から550℃に加熱維持する加熱手段を備えたことに
ある。本願第2の発明による基板上に酸化スズを主成分
とする金属酸化物半導体膜層を備え、金属酸化物半導体
膜層に電気的に接続された検出電極を備えて構成される
基板型半導体式ガスセンサの特徴構成は、酸化スズの平
均一次粒子径が35nmから70nmに形成され、金属
酸化物半導体膜層の膜厚を10μmから50μmに形成
され、金属酸化物半導体膜層に鉛(Pb)またはランタ
ン(La)のいずれか一種以上が添加されるとともに、
金属酸化物半導体膜層の表層に酸化タングステン(WO
3)または酸化モリブデン(MoO3)のコーティング層
を備えたことにある。そして、この基板型半導体式ガス
センサを備えたガス検出器の特徴構成は、金属酸化物半
導体膜層を450℃から550℃に加熱維持する加熱手
段を備えたことにある。本願第3の発明による基板上に
酸化スズを主成分とする金属酸化物半導体膜層を備え、
金属酸化物半導体膜層に電気的に接続された検出電極を
備えて構成される基板型半導体式ガスセンサの特徴構成
は、酸化スズの平均一次粒子径が35nmから70nm
に形成され、金属酸化物半導体膜層に鉛(Pb)または
ランタン(La)のいずれか一種以上が添加されるとと
もに、金属酸化物半導体膜層の膜厚を10μmから50
μmに形成され、金属酸化物半導体膜層の表層に酸化亜
鉛(ZnO)または酸化チタン(TiO2)のコーティ
ング層を備えたことにある。そして、この基板型半導体
式ガスセンサを備えるガス検出器の特徴構成は、これが
金属酸化物半導体膜層を450℃から550℃に加熱維
持する加熱手段を備えたことにある。それらの作用・効
果は次の通りである。
In order to achieve this object, a metal oxide semiconductor film layer containing tin oxide as a main component is provided on a substrate according to the first invention of the present application, and the metal oxide semiconductor film layer is electrically connected to the substrate. The characteristic configuration of the substrate-type semiconductor gas sensor configured to include the detection electrode connected to is that tin oxide has an average primary particle diameter of 35 nm to 70 nm, and the metal oxide semiconductor film layer has a thickness of 10 μm to 50 μm. Which is formed by adding at least one of lead (Pb) and lanthanum (La) to the metal oxide semiconductor film layer, and the characteristic configuration of the gas detector including the substrate type semiconductor gas sensor is , Which forms the metal oxide semiconductor film layer 450
There is a heating means for heating and maintaining the temperature from ℃ to 550 ℃. A substrate-type semiconductor device including a metal oxide semiconductor film layer containing tin oxide as a main component on a substrate according to the second invention of the present application, and a detection electrode electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer The characteristic configuration of the gas sensor is that the average primary particle diameter of tin oxide is 35 nm to 70 nm, the thickness of the metal oxide semiconductor film layer is 10 μm to 50 μm, and lead (Pb) or At least one of lanthanum (La) is added,
On the surface layer of the metal oxide semiconductor film layer, tungsten oxide (WO
3 ) or molybdenum oxide (MoO 3 ) coating layer. The characteristic configuration of the gas detector provided with this substrate type semiconductor gas sensor is that it is provided with heating means for heating and maintaining the metal oxide semiconductor film layer at 450 ° C. to 550 ° C. A metal oxide semiconductor film layer containing tin oxide as a main component on a substrate according to the third invention of the present application;
The characteristic configuration of the substrate-type semiconductor gas sensor configured to include the detection electrode electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer is that the average primary particle diameter of tin oxide is 35 nm to 70 nm.
And at least one of lead (Pb) and lanthanum (La) is added to the metal oxide semiconductor film layer, and the thickness of the metal oxide semiconductor film layer is 10 μm to 50 μm.
The metal oxide semiconductor film layer has a coating layer of zinc oxide (ZnO) or titanium oxide (TiO 2 ) formed on the surface of the metal oxide semiconductor film layer. The gas detector equipped with the substrate type semiconductor gas sensor is characterized in that it comprises a heating means for heating and maintaining the metal oxide semiconductor film layer at 450 ° C. to 550 ° C. Their actions and effects are as follows.

【0005】[0005]

【作用】つまり、本願の基板型半導体式ガスセンサにお
いては、第1、第2、第3の発明ともに、金属酸化物半
導体膜層を形成する酸化スズの平均一次粒子径が特定の
範囲に設定される。酸化スズの平均一次粒子径を制御す
る場合、一つの方法としては、その焼成温度を制御して
おこなうのが最も一般的である。図2に酸化スズの焼結
温度と平均一次粒子径あるいは比表面積の関係を示し
た。同図に示すように、従来型のセンサは、600℃〜
800℃で焼成することにより平均一次粒子径が20〜
30nmで、比表面積が7〜20m2/gに設定されて
おり、本願発明のものにおいては、1000〜1400
℃で焼成することにより、その平均一次粒子径が35〜
70nmで、比表面積が4.5〜1.8m2/gとなっ
ている。そして、このようにして形成されるセンサは、
その膜厚(電極表面から金属酸化物半導体表面までの厚
さをいう)によって、アルコール類、ケトン類、アルデ
ヒド類等の匂いガスに対して感度を有するものとなる。
この状況を図4について説明する。図4は、感度の膜厚
依存性を示すものであり、実線が、本願の平均一次粒子
径の大きなセンサ(実際のセンサは53nm)を示して
いる。図示するように、膜厚が10〜50μmの場合は
匂いガスを代表できるエタノールに対して水素に対する
選択性を備えた状態でガスを検知可能となる。従って、
基板型半導体式ガスセンサの酸化スズにおける平均一次
粒子径とその膜の厚みを適切に選択することにより、匂
いガスを有効に識別検知することができる。ここで、上
記の説明にあたって、ガス検知状態に於ける膜層の温度
に関しては説明しなかったが(上記の説明にあたっては
良好な感度域で説明している)、センサ温度に対する各
検知対象ガスに対する温度感度状態を図5に示した。同
図において図5(イ)は、本願のセンサにおける感度の
温度依存性を示しており、図5(ロ)は従来型センサの
感度の温度依存性を示している。両図の比較から判明す
るように、本願のセンサにおいては、感度が比較的高い
温度域が450℃〜550℃にあり、従来型のそれは、
350℃未満である。従って、本願のガス検出器には、
加熱手段が設けられ、センサが最も高い感度を示す温度
域に於けるガス検知をおこなうように構成されている。
In other words, in the substrate type semiconductor gas sensor of the present application, the average primary particle diameter of tin oxide forming the metal oxide semiconductor film layer is set in a specific range in both the first, second and third inventions. It When controlling the average primary particle diameter of tin oxide, one of the most common methods is to control the firing temperature. FIG. 2 shows the relationship between the sintering temperature of tin oxide and the average primary particle size or specific surface area. As shown in the figure, the conventional sensor is
By firing at 800 ° C., the average primary particle size is 20 to
The specific surface area is set to 7 to 20 m 2 / g at 30 nm, and in the present invention, 1000 to 1400.
By calcination at ℃, the average primary particle size is 35 ~
The specific surface area is 4.5 to 1.8 m 2 / g at 70 nm. And the sensor formed in this way is
The film thickness (which means the thickness from the surface of the electrode to the surface of the metal oxide semiconductor) makes it sensitive to odorous gases such as alcohols, ketones and aldehydes.
This situation will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the dependence of sensitivity on the film thickness, and the solid line shows the sensor of the present invention having a large average primary particle diameter (the actual sensor is 53 nm). As shown in the figure, when the film thickness is 10 to 50 μm, the gas can be detected with a selectivity for hydrogen with respect to ethanol, which can represent the odor gas. Therefore,
By properly selecting the average primary particle size of tin oxide and the film thickness of the tin oxide of the substrate type semiconductor gas sensor, the odor gas can be effectively identified and detected. Here, in the above description, the temperature of the film layer in the gas detection state was not described (in the above description, it was described in the good sensitivity range), but for each detection target gas with respect to the sensor temperature The temperature sensitivity state is shown in FIG. 5A shows the temperature dependence of the sensitivity of the sensor of the present application, and FIG. 5B shows the temperature dependence of the sensitivity of the conventional sensor. As can be seen from the comparison of both figures, in the sensor of the present application, the temperature range in which the sensitivity is relatively high is 450 ° C. to 550 ° C.
It is less than 350 ° C. Therefore, in the gas detector of the present application,
A heating means is provided, and the sensor is configured to perform gas detection in the temperature range where the sensitivity is highest.

【0006】さて、以上が、感ガス体の一次粒子径、膜
厚、さらには温度を適切に選択することにより、第1、
第2、第3の発明とも得られる作用であるが、上記の共
通点とともに、第1の発明のセンサにおいては、この感
ガス体に鉛もしくはランタンの一方、もしくは両方が添
加される。これらの元素の添加に伴う感度の変化を各種
ガスについて表1に示した。この時の表1の「Laの添
加」の添加量は2atm%、「Pbの添加」の添加量は
2atm%、「La+Pb添加」の添加量はそれぞれ2
atm%である。
[0006] The above is the first, by properly selecting the primary particle diameter, the film thickness, and the temperature of the gas-sensitive material.
In addition to the above-mentioned common points, in the sensor of the first invention, one or both of lead and lanthanum are added to the gas-sensitive material, which is the effect obtained by the second and third inventions. Table 1 shows the changes in sensitivity with the addition of these elements for various gases. At this time, the addition amount of “La addition” in Table 1 is 2 atm%, the addition amount of “Pb addition” is 2 atm%, and the addition amount of “La + Pb addition” is 2 atm, respectively.
It is atm%.

【0007】[0007]

【表1】 これら元素の添加は、概して感度の低下を招来するが、
この場合、水素、イソブタンに対する感度の低下割合
と、アルコールに対する感度の低下割合を比較すると、
前者のほうがかなり大きい、しかも、図8、図9にも示
すように、一般に本願のような構成のセンサにおいて
は、検知に対してノイズとなるガスはこれらのガスであ
り、結果的にこれらのガスに対する感度が低下すること
により、匂いガス(エタノールによって代表される)を
妨害ガスである水素、イソブタン等に対して識別検知が
可能になるのである。さて、これらの元素の添加量とし
ては、酸化錫に対して0.5〜8atm%が適切で、こ
の範囲以下では効果がない。これ以上では匂いガスに対
する感度が低下する。
[Table 1] Addition of these elements generally leads to a decrease in sensitivity,
In this case, comparing the rate of decrease in sensitivity to hydrogen and isobutane with the rate of decrease in sensitivity to alcohol,
The former is considerably larger, and as shown in FIGS. 8 and 9, generally, in a sensor having the configuration of the present application, these gases are noises for detection, and as a result, these gases are detected. The reduced sensitivity to gas allows odorous gas (typified by ethanol) to be discriminated and detected against interfering gases such as hydrogen and isobutane. Now, the addition amount of these elements is appropriately 0.5 to 8 atm% with respect to tin oxide, and if it is less than this range, there is no effect. Above this, the sensitivity to odorous gas decreases.

【0008】さらに、本願第2のガスセンサは、上記第
1の発明のセンサ構成で、その表面に酸化タングステン
(WO3)または酸化モリブデン(MoO3)のコーティ
ング層を備えることとなる。そして、このような層を備
えることにより、図12、13に示すように、プロピオ
ン酸、スチレンに対して特に感度の高いものを得ること
ができる。そして、酸化タングステン(WO3)のコー
ティング層を備える場合は、上記の2種のガスの他、硫
化メチル、トリメチルアミンに対しても高い感度を備え
ることとなる。一方、酸化モリブデン(MoO3)のコ
ーティング層を備える場合は、上記の2種のガスの他、
硫化水素、メチルメルカプタン、トリメチルアミンに対
して高い感度を有することとなる。さて、これらのコー
ティング層の層厚としては、10〜100μm程度が適
当であり、これを越えて、厚くなると感度が低下し、応
答速度がおそくなる。薄くなると効果がなくなる。さら
に、本願第3のガスセンサは、上記第1の発明のセンサ
構成で、その表面に酸化亜鉛(ZnO)または酸化チタ
ン(TiO2)のコーティング層を備えることとなる。
そして、このような層を備えることにより、図10、1
1に示すように、エタノール、アセトアルデヒド、アセ
トン、プロピオン酸、酢酸エチルに対して特に感度の高
いものを得ることができる。さて、これらのコーティン
グ層の層厚としては、10〜100μm程度が適当であ
り、これを越えると感度が低下し応答速度がおそくな
る。薄くなると効果がなくなる。
Further, the second gas sensor of the present invention has the sensor structure of the first invention, and is provided with a coating layer of tungsten oxide (WO 3 ) or molybdenum oxide (MoO 3 ) on the surface thereof. Further, by providing such a layer, as shown in FIGS. 12 and 13, it is possible to obtain one having a particularly high sensitivity to propionic acid and styrene. When the tungsten oxide (WO 3 ) coating layer is provided, high sensitivity is obtained not only for the above two gases but also for methyl sulfide and trimethylamine. On the other hand, when a coating layer of molybdenum oxide (MoO 3 ) is provided, in addition to the above two types of gas,
It has high sensitivity to hydrogen sulfide, methyl mercaptan, and trimethylamine. A suitable layer thickness of these coating layers is about 10 to 100 .mu.m. If the thickness exceeds this range, the sensitivity decreases and the response speed slows down. As it becomes thinner, it loses its effect. Further, the third gas sensor of the present invention has the sensor structure of the first invention, and has a coating layer of zinc oxide (ZnO) or titanium oxide (TiO 2 ) on the surface thereof.
And, by providing such a layer,
As shown in 1, it is possible to obtain a particularly sensitive one for ethanol, acetaldehyde, acetone, propionic acid, and ethyl acetate. A suitable layer thickness of these coating layers is about 10 to 100 .mu.m, and if the thickness exceeds this range, the sensitivity decreases and the response speed slows down. As it becomes thinner, it loses its effect.

【0009】[0009]

【発明の効果】従って、検知対象の各種の匂いに対する
感度を高めると共に、無臭のガスに対する感度を低下さ
せることでS/N比を向上させ、より低濃度域での匂い
の計測を正確に行えるガスセンサを得ることができた。
そして、この様に酸化スズの平均一次粒子径を操作した
センサにおいては、感度が長期間安定で、湿度依存性が
低く、膜厚依存性が低く、品質の安定したセンサを収率
良く得ることができる。
As described above, the sensitivity to various odors to be detected is increased, and the sensitivity to odorless gas is reduced to improve the S / N ratio, and the odor can be accurately measured in a lower concentration range. A gas sensor could be obtained.
Further, in such a sensor in which the average primary particle diameter of tin oxide is manipulated, the sensitivity is stable for a long time, the humidity dependency is low, the film thickness dependency is low, and a stable quality sensor can be obtained in good yield. You can

【0010】[0010]

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。 1 ガスセンサ及びガス検出器の構造 図1には、本願の基板型半導体式ガスセンサ1の構成が
示されている。図示するように、センサ1は、アルミナ
基板2上に酸化スズを主成分とする金属酸化物半導体膜
層3を備えて構成されており、この金属酸化物半導体膜
層3に電気的に接続された検出電極としての白金薄膜電
極4を備えて構成されている。そして、この白金薄膜電
極4に対して、この電極間における抵抗値の変化を検出
するように、検出側回路を組んで、検出手段5が構成さ
れる。この検出側回路の一般例としては、センサ1に直
列に接続される負荷抵抗RLを備え、この抵抗における
電圧出力を得る回路を挙げることができる。さらに、ア
ルミナ基板2の裏面側に白金薄膜ヒーター6が備えら
れ、これにセンサ温度制御装置7が接続されて、加熱手
段が構成されている。この加熱手段は、本願のセンサの
動作に適するセンサ温度である450〜550℃にセン
サ(金属酸化物半導体膜層)1を加熱維持する。さら
に、下記するように、特定のガスに対する感度を上昇さ
せる目的から、センサ表面にコーティング層8が設けら
れる。以上の構成を採用することにより、全体としてガ
ス検出器100が構成される。
Embodiments of the present application will be described with reference to the drawings. 1 Structure of Gas Sensor and Gas Detector FIG. 1 shows the configuration of a substrate type semiconductor gas sensor 1 of the present application. As shown in the figure, the sensor 1 includes a metal oxide semiconductor film layer 3 containing tin oxide as a main component on an alumina substrate 2, and is electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer 3. The platinum thin film electrode 4 as a detection electrode is provided. Then, with respect to the platinum thin film electrode 4, a detection side circuit is assembled so as to detect a change in the resistance value between the electrodes, and the detection means 5 is configured. A general example of this detection-side circuit is a circuit that includes a load resistor RL connected in series with the sensor 1 and obtains a voltage output at this resistor. Further, a platinum thin film heater 6 is provided on the back surface side of the alumina substrate 2, and a sensor temperature control device 7 is connected to the platinum thin film heater 6 to constitute heating means. This heating means heats and maintains the sensor (metal oxide semiconductor film layer) 1 at 450 to 550 ° C. which is a sensor temperature suitable for the operation of the sensor of the present application. Further, as described below, a coating layer 8 is provided on the sensor surface for the purpose of increasing the sensitivity to a specific gas. By adopting the above configuration, the gas detector 100 is configured as a whole.

【0011】以下本願の基板型半導体式ガスセンサの諸
要件を記載する。 匂いガスセンサ 酸化スズの平均一次粒子径 35〜70nm 焼成温度 1000〜1400℃ 比表面積 4.5〜1.8m2/g 金属酸化物半導体膜厚 10〜50μm ガス検知時の作動温度 450〜550℃ 鉛、ランタンの添加割合 0.5〜8atm% 各コーティング層の層厚 10〜100μm
The requirements of the substrate type semiconductor gas sensor of the present application will be described below. Odor gas sensor Average primary particle size of tin oxide 35 to 70 nm Firing temperature 1000 to 1400 ° C Specific surface area 4.5 to 1.8 m 2 / g Metal oxide semiconductor film thickness 10 to 50 µm Operating temperature for gas detection 450 to 550 ° C Lead , Lanthanum addition ratio 0.5 to 8 atm% Layer thickness of each coating layer 10 to 100 μm

【0012】2 センサの製作方法 四塩化スズを用い一定の水溶液を調整し、これにアンモ
ニア水を滴下して得た水酸化スズの沈澱物を乾燥後、電
気炉で600℃で2時間焼成して酸化スズを得る。これ
を粉砕して微粉末とし、水で練ってペースト状にする。
このペーストを白金薄膜の櫛形電極4とヒーター6を備
えたアルミナ基板2の電極部分に塗布する。これを乾燥
させた後に電気炉(図外)で1000℃〜1400℃の
温度で2時間焼成し酸化スズの厚膜を得て、ガスセンサ
1を得る。鉛(Pb)の添加は硝酸鉛、ランタン(L
a)の添加は硝酸ランタンの水溶液を、前述の酸化スズ
に対して、鉛の場合0.5〜8atm%(最適添加量2
atm%)、ランタンの場合0.5〜8atm%(最適
添加量2atm%)になるように調整して、それぞれの
液を焼結体に含浸する。さらにこれを室温で乾燥後60
0℃で1時間加熱しそれぞれの酸化物を得る。次に酸化
亜鉛、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン
のそれぞれを粉砕して微粉末としたものを水で練ってペ
ースト状にし、これを前述の酸化スズ焼結体の表層に塗
布する。さらに室温で乾燥後600℃で2時間加熱し焼
結させてコーティング層を形成する。
2 Method for manufacturing sensor A fixed aqueous solution was prepared using tin tetrachloride, and a tin hydroxide precipitate obtained by adding ammonia water dropwise thereto was dried and then calcined in an electric furnace at 600 ° C. for 2 hours. To obtain tin oxide. This is crushed into a fine powder and kneaded with water to form a paste.
This paste is applied to the electrode portion of the alumina substrate 2 having the platinum thin film comb-shaped electrode 4 and the heater 6. After drying this, it is baked at a temperature of 1000 ° C. to 1400 ° C. for 2 hours in an electric furnace (not shown) to obtain a thick film of tin oxide, and the gas sensor 1 is obtained. The addition of lead (Pb) is lead nitrate, lanthanum (L
The addition of a) is performed by adding an aqueous solution of lanthanum nitrate to the above tin oxide in the range of 0.5 to 8 atm% for lead (the optimum addition amount is 2
atm%), and in the case of lanthanum, 0.5 to 8 atm% (optimum addition amount of 2 atm%) is adjusted to impregnate each liquid into the sintered body. After further drying this at room temperature, 60
It heats at 0 degreeC for 1 hour, and each oxide is obtained. Next, each of zinc oxide, titanium oxide, tungsten oxide, and molybdenum oxide is pulverized into a fine powder, which is kneaded with water to form a paste, which is applied to the surface layer of the tin oxide sintered body. Further, after drying at room temperature, it is heated at 600 ° C. for 2 hours and sintered to form a coating layer.

【0013】3 センサの感度測定方法 上記の方法で得られたセンサは図1に示すような電気回
路に組み込まれ、センサの電極端子と直列に接続された
負荷抵抗RLの両端の電圧を測定し、この電圧値からセ
ンサの抵抗値を計算する。感度は清浄な空気中のセンサ
抵抗値(Ra)とガス中でのセンサ抵抗値(Rg)との
比すなわちRa/Rg(抵抗変化率)として定義する。
本願において、図3、4、5、6の感度測定は上記の手
法で整理した。さらに図7〜13は絶対出力値(mV単
位)を示した。
3 Sensor Sensitivity Measurement Method The sensor obtained by the above method is incorporated into an electric circuit as shown in FIG. 1, and the voltage across the load resistor RL connected in series with the electrode terminal of the sensor is measured. , Calculate the resistance value of the sensor from this voltage value. The sensitivity is defined as the ratio of the sensor resistance value (Ra) in clean air and the sensor resistance value (Rg) in gas, that is, Ra / Rg (rate of change in resistance).
In the present application, the sensitivity measurements of FIGS. 3, 4, 5, and 6 are arranged by the above method. Further, FIGS. 7 to 13 show absolute output values (unit: mV).

【0014】4 センサの特性実験結果 (1)平均一次粒子径依存性 図3に、本願のセンサであって、センサ温度450℃,
500℃,550℃それぞれのときのエタノールおよび
水素に対する感度の平均一次粒子径依存性を示した。こ
の場合に、エタノールの識別性を確認するため、このガ
スの濃度を100ppmにさらに、水素ガス濃度を10
00ppmとした。平均一次粒子径は10〜70nmま
で変化させた。同図において、実線はエタノールに対す
る感度変化であり、点線は水素に対する感度変化を示し
ている。この図より判明するように、酸化スズの平均一
次粒子径が40nm以上からエタノールに対する感度は
急激に増大する。一方水素に対する感度は平均一次粒子
径が45nm以上から減少するため、平均一次粒子径を
制御することで水素感度を低下させることも可能であ
る。さらに、本願センサの平均一次粒子径を持った酸化
スズを有機溶剤ガス用のセンサとして利用する場合には
その動作温度は450℃〜550℃、好ましくは500
℃であることがわかる。
4 Results of Sensor Characteristics Experiments (1) Dependence of Average Primary Particle Diameter FIG. 3 shows the sensor temperature of 450 ° C.
The average primary particle size dependence of the sensitivity to ethanol and hydrogen at 500 ° C. and 550 ° C. is shown. In this case, in order to confirm the distinguishability of ethanol, the concentration of this gas was set to 100 ppm and the hydrogen gas concentration was set to 10 ppm.
It was set to 00 ppm. The average primary particle size was changed from 10 to 70 nm. In the figure, the solid line shows the change in sensitivity to ethanol, and the dotted line shows the change in sensitivity to hydrogen. As is clear from this figure, the sensitivity to ethanol rapidly increases when the average primary particle size of tin oxide is 40 nm or more. On the other hand, since the sensitivity to hydrogen decreases from the average primary particle diameter of 45 nm or more, it is possible to reduce the hydrogen sensitivity by controlling the average primary particle diameter. Furthermore, when tin oxide having an average primary particle diameter of the sensor of the present application is used as a sensor for an organic solvent gas, the operating temperature is 450 ° C. to 550 ° C., preferably 500 ° C.
It can be seen that the temperature is ° C.

【0015】(2)膜厚の依存性 図4に、この特性に関する実験結果を示した。実験対象
のセンサとしては、上記本願センサ(平均一次粒子径5
3nm、センサ温度500℃)と比較的粒子径が小さい
従来型センサ(平均一次粒子径19nm、センサ温度3
50℃)とを比較した。膜厚は、10μmから300μ
mまで変化させた。同図において、実線は本願センサの
膜厚に対する感度変化(エタノール100ppm、水素
1000ppmに対する感度)を示し、点線は従来型セ
ンサの膜厚に対する感度変化(エタノール100pp
m、水素1000ppmに対する感度)を示している。
図より判るように、本願センサは比較的広い膜厚範囲に
おいて感度が安定した領域が存在するとともに、匂いガ
スに対する感度が高い膜厚領域と水素ガスに対する感度
が高い領域とが、交代する特性を有している。従って、
匂いガスの検知にあっては、膜厚を10〜50μmに設
定するのがよい。一方、従来型のセンサにおいては、セ
ンサ感度の膜厚依存性が大きく(破線が大きく立ち下が
っている)、さらに、匂いガスと水素ガスに対する膜厚
に対する感度の増減傾向が似通っている。従って、従来
型のものは、膜厚に対する依存性が大きく、さらに、ガ
ス間の選択性についても得にくい。
(2) Dependence of film thickness FIG. 4 shows the experimental results regarding this characteristic. As the sensor to be tested, the sensor of the present application (average primary particle size 5
3 nm, sensor temperature 500 ° C.) A conventional sensor with a relatively small particle size (average primary particle size 19 nm, sensor temperature 3)
(50 ° C.). Film thickness is 10μm to 300μ
It was changed to m. In the figure, the solid line shows the sensitivity change with respect to the film thickness of the sensor of the present application (sensitivity to ethanol 100 ppm and hydrogen 1000 ppm), and the dotted line shows the sensitivity change with respect to the film thickness of the conventional sensor (ethanol 100 pp).
m, sensitivity to 1000 ppm of hydrogen).
As can be seen from the figure, the sensor of the present application has a region where the sensitivity is stable in a relatively wide film thickness range, and the film thickness region having a high sensitivity to odor gas and the region having a high sensitivity to hydrogen gas have an alternating characteristic. Have Therefore,
In detecting odorous gas, it is preferable to set the film thickness to 10 to 50 μm. On the other hand, in the conventional sensor, the film thickness dependence of the sensor sensitivity is large (the broken line largely falls), and the sensitivity increase / decrease tendency with respect to the film thickness with respect to the odor gas and the hydrogen gas is similar. Therefore, the conventional type has a large dependency on the film thickness, and further, it is difficult to obtain the selectivity between gases.

【0016】(3)センサ温度依存性 図5に、本願のセンサであって、エタノール、アセトン
(以上が匂いを有するガス)、水素、イソブタン、一酸
化炭素、メタン(以上が無臭気ガス)に対する感度のセ
ンサ温度依存性を示した。この場合に、臭気ガスの識別
性を確認するため、これらのガスの濃度を100ppm
にさらに、無臭ガス濃度を1000ppmとした。セン
サ温度は300〜550℃まで変化させた。さらに、図
5(イ)に平均一次粒子径が大きく設定されている本願
センサの結果を、図5(ロ)に従来型センサの結果を示
している。図5(イ)からも明らかなように、本願セン
サにおいて感度の良好な温度領域は、図3にも示すよう
に450〜550℃の温度領域である。そして、この領
域においては、無臭気性のガスに対して充分な識別性を
備えている。一方、従来型のセンサにおいては、その感
度の高い領域は、比較的温度の低い350℃未満の温度
領域である。そして、この領域においては、従来型のセ
ンサにおいては、無臭気性のガス(特に水素)に対する
識別性が低い。
(3) Sensor Temperature Dependence FIG. 5 shows the sensor of the present invention, which is suitable for ethanol, acetone (gases having odor), hydrogen, isobutane, carbon monoxide, methane (odorless gas). The sensor temperature dependence of sensitivity was shown. In this case, in order to confirm the distinctiveness of odorous gas, the concentration of these gases should be 100ppm.
Furthermore, the odorless gas concentration was set to 1000 ppm. The sensor temperature was changed from 300 to 550 ° C. Further, FIG. 5A shows the result of the sensor of the present invention in which the average primary particle diameter is set large, and FIG. 5B shows the result of the conventional sensor. As is clear from FIG. 5A, the temperature range in which the sensor of the present application has good sensitivity is the temperature range of 450 to 550 ° C. as shown in FIG. And in this area, it has sufficient distinctiveness with respect to odorless gas. On the other hand, in the conventional sensor, the high sensitivity region is a relatively low temperature region below 350 ° C. In this region, the conventional sensor has low identifiability with respect to odorless gas (especially hydrogen).

【0017】(4)種々のガスにおける粒子径依存性 図3に対応して、センサの平均一次粒子径依存性を調べ
た結果を図6に示した。ここで、各ガス(エタノール、
アセトン、アセトアルデヒド、プロピオン酸、ジエチル
エーテル、酢酸エチル)の濃度は従来検知が難しかった
100ppmであり、センサの膜厚は10〜50μm
に、さらにセンサ温度は450〜550℃としている。
結果、エタノール以外の各種ガスに対する感度も、平均
一次粒子径が35nm〜70nmの範囲で高感度とな
る。従って、このような有機溶剤ガスと水素など無臭ガ
スとの選択性を高め、なおかつ有機溶剤ガスの感度を増
加させるためには、酸化スズの平均一次粒子径を35n
m以上とするのが好ましい。また平均一次粒子径が70
nm以上では酸化スズの一次粒子が大きすぎるために粒
子間の結合が弱まるために焼結体の強度の面からは平均
一次粒子径は70nm以下が望ましい。さらに、平均一
次粒子径を40nm以上としておくと、図示する各種ガ
スに対して、感度をより高くすることができる。又、5
0nm近傍(45nm〜55nm)が感度が最もよい。 (5)種々のガスに対する感度特性 図7は平均一次粒子径が53nmである酸化スズを用い
た本願センサ(平均一次粒子径と膜厚のみを調整したも
の)の各種ガスに対する感度特性を示している。このよ
うに匂いのあるガス(エタノール、アセトン、酢酸エチ
ル、アセトアルデヒド、トリメチルアミン、スチレン、
プロピオン酸)に対する感度は非常に高く、無臭ガス
(イソブタン、水素、一酸化炭素、メタン)に対する感
度が極めて低い。従って、優良な匂いセンサが得られて
いる。ただし、膜厚は10〜50μmに設定されてお
り、ガス検知時のセンサ温度は、450〜550℃に設
定している。
(4) Particle size dependency in various gases Corresponding to FIG. 3, the results of examining the average primary particle size dependency of the sensor are shown in FIG. Here, each gas (ethanol,
The concentration of acetone, acetaldehyde, propionic acid, diethyl ether, ethyl acetate) is 100 ppm, which was difficult to detect in the past, and the thickness of the sensor is 10 to 50 μm.
In addition, the sensor temperature is set to 450 to 550 ° C.
As a result, the sensitivity to various gases other than ethanol is also high when the average primary particle size is in the range of 35 nm to 70 nm. Therefore, in order to increase the selectivity between the organic solvent gas and an odorless gas such as hydrogen and increase the sensitivity of the organic solvent gas, the average primary particle diameter of tin oxide is set to 35 n.
It is preferably m or more. The average primary particle size is 70
When the average particle size is not less than nm, the primary particles of tin oxide are too large and the bond between the particles is weakened. Therefore, from the viewpoint of strength of the sintered body, the average primary particle size is preferably 70 nm or less. Further, if the average primary particle size is set to 40 nm or more, the sensitivity to various gases shown in the drawing can be further increased. Again 5
The sensitivity is best near 0 nm (45 nm to 55 nm). (5) Sensitivity characteristics for various gases FIG. 7 shows the sensitivity characteristics for various gases of the sensor of the present application using tin oxide having an average primary particle diameter of 53 nm (only the average primary particle diameter and the film thickness are adjusted). There is. Such odorous gases (ethanol, acetone, ethyl acetate, acetaldehyde, trimethylamine, styrene,
Propionic acid) is very sensitive and odorless gases (isobutane, hydrogen, carbon monoxide, methane) are extremely low. Therefore, a good odor sensor is obtained. However, the film thickness is set to 10 to 50 μm, and the sensor temperature at the time of gas detection is set to 450 to 550 ° C.

【0018】(6)ランタンまたは鉛添加による効果 図7に示すセンサにランタン(La)を添加したものの
各種ガスに対する感度特性を図8に、鉛(Pb)を添加
したものの各種ガスに対する感度特性を図9に示した。
各図を比較すると、これら元素の添加により、匂いを持
たない、水素、一酸化炭素、イソブタン、メタンの対す
る感度が大きく低下しており、匂いガスのこれらのガス
に対する選択性(識別性)が得られていることがわか
る。
(6) Effects of addition of lanthanum or lead Sensitivity characteristics of the sensor shown in FIG. 7 to which lanthanum (La) is added to various gases are shown in FIG. 8 and sensitivity characteristics of lead to which Pb is added are shown to various gases. It is shown in FIG.
Comparing each figure, the sensitivity to hydrogen, carbon monoxide, isobutane, and methane, which have no odor, is greatly reduced by the addition of these elements, and the selectivity (discrimination) of odor gas to these gases is greatly reduced. You can see that it has been obtained.

【0019】(7)コーティング層形成による効果 図9に示すセンサの感ガス体層の表面にコーティング層
を設けたものの結果を、図10、11、12、13に示
した。これらの図において、コーティング層はそれぞ
れ、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO2)、酸
化タングステン(WO3)、酸化モリブデン(MoO3
である。 (イ)酸化亜鉛(ZnO)コーティング層 このセンサもまた、前述のものと同様に、硫化水素、プ
ロピオン酸、アセトアルデヒド、エタノール、アセト
ン、酢酸エチル等に対して感度が高いためこれら有機溶
剤ガス臭用の匂いセンサに適する。 (ロ)酸化チタン(TiO2)コーティング層 このセンサは、硫化水素、プロピオン酸、エタノール、
アセトアルデヒド、アセトン、酢酸エチル等に対して感
度が高いためこれら有機溶剤ガス臭用の匂いセンサに適
する。 (ハ)酸化タングステン(WO3)コーティング層 このセンサは、硫化水素、プロピオン酸、スチレン、ト
リメチルアミン、、硫化メチル(図示していない)(以
上のガスはかなりの悪臭を有する)、エタノール、アセ
トアルデヒド、アセトン、酢酸エチルに対して感度が高
いためこれら悪臭ガス臭用のセンサに適する。 (ニ)酸化モリブデン(MoO3)コーティング層 このセンサは、硫化水素、プロピオン酸、トリメチルア
ミン、エタノール、アセトアルデヒド、スチレン、メチ
ルメルカプタン(図示していない)に対して特に感度が
高いためこれら悪臭ガス臭用のセンサに適する。
(7) Effect of forming coating layer The results of the sensor shown in FIG. 9 in which a coating layer is provided on the surface of the gas-sensitive layer are shown in FIGS. 10, 11, 12, and 13. In these figures, the coating layers are zinc oxide (ZnO), titanium oxide (TiO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), respectively.
Is. (A) Zinc oxide (ZnO) coating layer This sensor, like the one described above, is also highly sensitive to hydrogen sulfide, propionic acid, acetaldehyde, ethanol, acetone, ethyl acetate, etc. Suitable for odor sensor. (B) Titanium oxide (TiO 2 ) coating layer This sensor uses hydrogen sulfide, propionic acid, ethanol,
Since it has high sensitivity to acetaldehyde, acetone, ethyl acetate, etc., it is suitable as an odor sensor for these organic solvent gas odors. (C) Tungsten oxide (WO 3 ) coating layer This sensor is composed of hydrogen sulfide, propionic acid, styrene, trimethylamine, methyl sulfide (not shown) (these gases have a considerable malodor), ethanol, acetaldehyde, Since it has high sensitivity to acetone and ethyl acetate, it is suitable as a sensor for these malodorous gas odors. (D) Molybdenum oxide (MoO 3 ) coating layer This sensor is particularly sensitive to hydrogen sulfide, propionic acid, trimethylamine, ethanol, acetaldehyde, styrene, and methyl mercaptan (not shown). Suitable for sensors.

【0020】〔別実施例〕以下、本願の別実施例につい
て説明する。基板としては、上記のアルミナ基板の他、
電気絶縁性、耐熱性であって、熱伝導のよい材料からな
る基板であればよい。感ガス体部とヒーターをアルミナ
基板の別面に設けたが同一面に設けてもよい。上記実施
例においては感ガス体のにおい吸着による抵抗変化を単
独に検出する構成(又は構造)であるが、この抵抗変化
をヒーターの抵抗と感ガス体の抵抗との合成抵抗の変化
として検出する構成(又は構造)であってもよく、要す
るに金属酸化物半導体の匂い吸着による抵抗変化を検出
できれば、センサの形式にはとらわれない。上記の実施
例においては、感ガス体部を所定の温度域に加熱するの
に、アルミナ基板の裏面に白金薄膜ヒーターを備えた
が、このヒーターを基板と金属酸化物半導体膜層とは別
個に、これらの部位を周部より囲んで備えられるヒータ
ーとして備えてもよい。
[Other Embodiments] Other embodiments of the present application will be described below. As the substrate, other than the above alumina substrate,
Any substrate may be used as long as it is made of a material having electrical insulation and heat resistance and good thermal conductivity. Although the gas sensitive body and the heater are provided on different surfaces of the alumina substrate, they may be provided on the same surface. In the above embodiment, the resistance change due to the odor adsorption of the gas-sensitive material is independently detected (or the structure), but this resistance change is detected as a change in the combined resistance of the resistance of the heater and the resistance of the gas-sensitive material. It may have a configuration (or a structure). In short, as long as the resistance change due to the odor adsorption of the metal oxide semiconductor can be detected, it is not limited to the sensor type. In the above examples, a platinum thin film heater was provided on the back surface of the alumina substrate in order to heat the gas sensitive part to a predetermined temperature range, but this heater is provided separately from the substrate and the metal oxide semiconductor film layer. The heater may be provided by surrounding these portions from the peripheral portion.

【0021】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
It should be noted that reference numerals are given in the claims for convenience of comparison with the drawings, but the present invention is not limited to the configurations of the accompanying drawings by the entry.

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

【図1】基板型半導体式ガスセンサの構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a substrate type semiconductor gas sensor.

【図2】酸化スズの平均一次粒子径と比表面積の焼成温
度依存性を示す図
FIG. 2 is a diagram showing the firing temperature dependence of the average primary particle diameter and specific surface area of tin oxide.

【図3】エタノール及び水素ガスに対する平均一次粒子
径と感度の関係を示す図
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the average primary particle size and sensitivity to ethanol and hydrogen gas.

【図4】エタノール及び水素ガスに対する感度と膜厚の
関係を示す図
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between sensitivity to ethanol and hydrogen gas and film thickness.

【図5】異なった平均一次粒子径を有するセンサに於け
る感度とセンサ温度の関係を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between sensitivity and sensor temperature in sensors having different average primary particle diameters.

【図6】各種ガスに対する平均一次粒子径依存性を示す
FIG. 6 is a graph showing the average primary particle size dependence for various gases.

【図7】添加処理及びコーティング処理を行わない本願
センサの感度特性を示す図
FIG. 7 is a diagram showing the sensitivity characteristics of the sensor of the present invention without addition processing and coating processing.

【図8】ランタンを添加した本願センサの各種ガスに対
する感度特性を示す図
FIG. 8 is a diagram showing sensitivity characteristics of the sensor of the present invention to which lanthanum is added, for various gases.

【図9】鉛を添加した本願センサの各種ガスに対する感
度特性を示す図
FIG. 9 is a diagram showing the sensitivity characteristics of the present sensor containing lead to various gases.

【図10】酸化亜鉛をコーティングしたセンサの各種ガ
スに対する感度特性を示す図
FIG. 10 is a diagram showing sensitivity characteristics of a sensor coated with zinc oxide to various gases.

【図11】酸化チタンをコーティングしたセンサの各種
ガスに対する感度特性を示す図
FIG. 11 is a diagram showing sensitivity characteristics of a sensor coated with titanium oxide to various gases.

【図12】酸化タングステンをコーティングしたセンサ
の各種ガスに対する感度特性を示す図
FIG. 12 is a diagram showing sensitivity characteristics of a sensor coated with tungsten oxide to various gases.

【図13】酸化モリブデンをコーティングしたセンサの
各種ガスに対する感度特性を示す図
FIG. 13 is a diagram showing sensitivity characteristics of a sensor coated with molybdenum oxide to various gases.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板型半導体式ガスセンサ 2 基板 3 金属酸化物半導体膜層 4 検出電極 6 加熱手段 7 加熱手段 8 コーティング層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate type semiconductor gas sensor 2 Substrate 3 Metal oxide semiconductor film layer 4 Detection electrode 6 Heating means 7 Heating means 8 Coating layer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板(2)上に酸化スズを主成分とする
金属酸化物半導体膜層(3)を備え、前記金属酸化物半
導体膜層(3)に電気的に接続された検出電極(4)を
備えた基板型半導体式ガスセンサであって、前記酸化ス
ズの平均一次粒子径が35nmから70nmに形成さ
れ、前記金属酸化物半導体膜層(3)の膜厚を10μm
から50μmに形成され、前記金属酸化物半導体膜層
(3)に鉛(Pb)またはランタン(La)のいずれか
一種以上が添加されている基板型半導体式ガスセンサ。
1. A detection electrode (3) comprising a metal oxide semiconductor film layer (3) containing tin oxide as a main component on a substrate (2) and electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer (3). 4) The substrate-type semiconductor gas sensor according to claim 4, wherein the average primary particle diameter of tin oxide is 35 nm to 70 nm, and the thickness of the metal oxide semiconductor film layer (3) is 10 μm.
To 50 μm, and a substrate-type semiconductor gas sensor in which at least one of lead (Pb) and lanthanum (La) is added to the metal oxide semiconductor film layer (3).
【請求項2】 請求項1記載の基板型半導体式ガスセン
サを備え、前記金属酸化物半導体膜層(3)を450℃
から550℃に加熱維持する加熱手段(6)(7)を備
えたガス検出器。
2. The substrate-type semiconductor gas sensor according to claim 1, comprising the metal oxide semiconductor film layer (3) at 450 ° C.
To a gas detector equipped with heating means (6) and (7) for maintaining the temperature at 550 ° C.
【請求項3】 基板(2)上に酸化スズを主成分とする
金属酸化物半導体膜層(3)を備え、前記金属酸化物半
導体膜層(3)に電気的に接続された検出電極(4)を
備えて構成される基板型半導体式ガスセンサであって、
前記酸化スズの平均一次粒子径が35nmから70nm
に形成され、前記金属酸化物半導体膜層(3)の膜厚を
10μmから50μmに形成され、前記金属酸化物半導
体膜層(3)に鉛(Pb)またはランタン(La)のい
ずれか一種以上が添加されるとともに、前記金属酸化物
半導体膜層(3)の表層に酸化タングステン(WO3
または酸化モリブデン(MoO3)のコーティング層
(8)を備えた基板型半導体式ガスセンサ。
3. A detection electrode (3) comprising a metal oxide semiconductor film layer (3) containing tin oxide as a main component on a substrate (2) and electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer (3). A substrate-type semiconductor gas sensor configured with 4),
The average primary particle diameter of the tin oxide is 35 nm to 70 nm
And the thickness of the metal oxide semiconductor film layer (3) is 10 μm to 50 μm, and the metal oxide semiconductor film layer (3) has at least one of lead (Pb) and lanthanum (La). And tungsten oxide (WO 3 ) is added to the surface of the metal oxide semiconductor film layer ( 3 ).
Alternatively, a substrate type semiconductor gas sensor having a coating layer (8) of molybdenum oxide (MoO 3 ).
【請求項4】 前記酸化タングステン(WO3)または
酸化モリブデン(MoO3)のコーティング層(8)の
厚みが、10〜100μmである請求項3記載の基板型
半導体式ガスセンサ。
4. The substrate-type semiconductor gas sensor according to claim 3, wherein the coating layer (8) of tungsten oxide (WO 3 ) or molybdenum oxide (MoO 3 ) has a thickness of 10 to 100 μm.
【請求項5】 請求項3記載の基板型半導体式ガスセン
サを備え、前記金属酸化物半導体膜層(3)を450℃
から550℃に加熱維持する加熱手段(6)(7)を備
えたガス検出器。
5. The substrate-type semiconductor gas sensor according to claim 3, comprising the metal oxide semiconductor film layer (3) at 450 ° C.
To a gas detector equipped with heating means (6) and (7) for maintaining the temperature at 550 ° C.
【請求項6】 基板(2)上に酸化スズを主成分とする
金属酸化物半導体膜層(3)を備え、前記金属酸化物半
導体膜層(3)に電気的に接続された検出電極(4)を
備えて構成される基板型半導体式ガスセンサであって、
前記酸化スズの平均一次粒子径が35nmから70nm
に形成され、前記金属酸化物半導体膜層(3)の膜厚を
10μmから50μmに形成され、前記金属酸化物半導
体膜層(3)に鉛(Pb)またはランタン(La)のい
ずれか一種以上が添加されるとともに、前記金属酸化物
半導体膜層(3)の表層に酸化亜鉛(ZnO)または酸
化チタン(TiO2)のコーティング層(8)を備えた
基板型半導体式ガスセンサ。
6. A detection electrode (3) comprising a metal oxide semiconductor film layer (3) containing tin oxide as a main component on a substrate (2) and electrically connected to the metal oxide semiconductor film layer (3). A substrate-type semiconductor gas sensor configured with 4),
The average primary particle diameter of the tin oxide is 35 nm to 70 nm
And the thickness of the metal oxide semiconductor film layer (3) is 10 μm to 50 μm, and the metal oxide semiconductor film layer (3) has at least one of lead (Pb) and lanthanum (La). And a coating layer (8) of zinc oxide (ZnO) or titanium oxide (TiO 2 ) on the surface of the metal oxide semiconductor film layer (3).
【請求項7】 前記酸化亜鉛(ZnO)または酸化チタ
ン(TiO2)のコーティング層(8)の厚みが、10
〜100μmである請求項6記載の基板型半導体式ガス
センサ。
7. The zinc oxide (ZnO) or titanium oxide (TiO 2 ) coating layer (8) has a thickness of 10
The substrate-type semiconductor gas sensor according to claim 6, which has a thickness of -100 μm.
【請求項8】 請求項6記載の基板型半導体式ガスセン
サを備え、前記金属酸化物半導体膜層(3)を450℃
から550℃に加熱維持する加熱手段(6)(7)を備
えたガス検出器。
8. The substrate-type semiconductor gas sensor according to claim 6, wherein the metal oxide semiconductor film layer (3) is at 450 ° C.
To a gas detector equipped with heating means (6) and (7) for maintaining the temperature at 550 ° C.
【請求項9】 前記鉛(Pb)またはランタン(La)
のいずれか一種以上の添加量が、0.5〜8atm%で
ある請求項1、3、4、6、7のいずれか1項に記載の
基板型半導体式ガスセンサ。
9. The lead (Pb) or lanthanum (La).
The substrate-type semiconductor gas sensor according to any one of claims 1, 3, 4, 6, and 7, wherein the addition amount of any one or more of the above is 0.5 to 8 atm%.
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