JPH0810203B2 - ガス検知方法 - Google Patents
ガス検知方法Info
- Publication number
- JPH0810203B2 JPH0810203B2 JP62073443A JP7344387A JPH0810203B2 JP H0810203 B2 JPH0810203 B2 JP H0810203B2 JP 62073443 A JP62073443 A JP 62073443A JP 7344387 A JP7344387 A JP 7344387A JP H0810203 B2 JPH0810203 B2 JP H0810203B2
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- JP
- Japan
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- gas
- capacitance
- change
- porous silicon
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種の気体に反応するガスセンサを用いた
ガス検知方法に関するもので、特に多孔質シリコンを利
用してガスを検知する方法に関するものである。
ガス検知方法に関するもので、特に多孔質シリコンを利
用してガスを検知する方法に関するものである。
ガスセンサとしての材料は種々あり、またその構造に
ついても種々考えられている。その中でシリコンなどの
半導体基板を用いたものは、増幅器などを一体に形成で
き、小型化が可能などといった利点があり注目を集めて
いる。
ついても種々考えられている。その中でシリコンなどの
半導体基板を用いたものは、増幅器などを一体に形成で
き、小型化が可能などといった利点があり注目を集めて
いる。
しかし、ガスセンサとして用いるためには、構造が複
雑になったり、生化学物質を用いなければならないとい
った問題があり、コストの面などで満足できるものは少
なかった。
雑になったり、生化学物質を用いなければならないとい
った問題があり、コストの面などで満足できるものは少
なかった。
そこで、発明者は多孔質シリコンを利用してガスセン
サを得ることを提案し、容量の変化によってガスを検出
することを提案した（特願昭61−184506）。この多孔質
シリコンは極性を有するガスにたいして敏感に反応する
が、活性な物質であるために経時変化、温度あるいは試
料によって初期値が変化するという問題がある。
サを得ることを提案し、容量の変化によってガスを検出
することを提案した（特願昭61−184506）。この多孔質
シリコンは極性を有するガスにたいして敏感に反応する
が、活性な物質であるために経時変化、温度あるいは試
料によって初期値が変化するという問題がある。
〔目的〕 本発明は、上記のような問題を解決して、長時間にわ
たって安定した特性を得ることを目的とするものであ
る。
たって安定した特性を得ることを目的とするものであ
る。
また、素子そのものの構造ではなく、接続する回路に
よって調整の容易なガス検知方法を提供することを目的
とする。
よって調整の容易なガス検知方法を提供することを目的
とする。
本発明は、電極間に直流バイアス電圧を印加しながら
容量の変化を測定することによって、上記の目的を達成
するものである。
容量の変化を測定することによって、上記の目的を達成
するものである。
すなわち、一表面に多孔質シリコン層を具えた単結晶
シリコン基板の、該多孔質シリコン層表面及びその裏面
の単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素
子をガス雰囲気中に配置し、該電極間の容量の変化によ
ってガスを検知するガス検知方法において、該電極間に
直流バイアス電圧を印加しながら容量の変化を測定する
ことに特徴を有するものである。
シリコン基板の、該多孔質シリコン層表面及びその裏面
の単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素
子をガス雰囲気中に配置し、該電極間の容量の変化によ
ってガスを検知するガス検知方法において、該電極間に
直流バイアス電圧を印加しながら容量の変化を測定する
ことに特徴を有するものである。
これによって経時変化等による特性の変動を補正しな
がらガスを検出しようとするものである。
がらガスを検出しようとするものである。
本発明は、多孔質シリコンの性質を研究する過程でな
されたもので、印加する直流バイアスによって、電極間
の容量が変化する現象を利用したものである。その原理
についてはまだ解明されていない点も多いが、実験の結
果十分な再現性を有する特性の変化が確認された。
されたもので、印加する直流バイアスによって、電極間
の容量が変化する現象を利用したものである。その原理
についてはまだ解明されていない点も多いが、実験の結
果十分な再現性を有する特性の変化が確認された。
第１図は、本発明に利用するセンサ部の一例を示す正
面断面図である。
面断面図である。
単結晶シリコン基板10の一表面に多孔質シリコン層11
が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部分に
電極12が形成され、リード線が接続されている。一方、
裏面の単結晶シリコン基板10に接して全面に電極13が形
成されている。
が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部分に
電極12が形成され、リード線が接続されている。一方、
裏面の単結晶シリコン基板10に接して全面に電極13が形
成されている。
多孔質シリコン層11は単結晶シリコン基板10の表面に
陽極化成処理することによって形成する。ポロンをドー
プしたＰ型単結晶シリコン基板の一表面をフッ化水素
（HF）溶液中で陽極化成処理を施すと、単結晶シリコン
基板表面に多孔質シリコン層が形成される。陽極化成処
理の条件によって多孔質シリコン層の厚みが決まるが、
本発明を実施する際には７〜45ミクロンの厚みとした。
陽極化成処理することによって形成する。ポロンをドー
プしたＰ型単結晶シリコン基板の一表面をフッ化水素
（HF）溶液中で陽極化成処理を施すと、単結晶シリコン
基板表面に多孔質シリコン層が形成される。陽極化成処
理の条件によって多孔質シリコン層の厚みが決まるが、
本発明を実施する際には７〜45ミクロンの厚みとした。
上記のようにして形成されたセンサ素子を、真空状態
と各種のガス雰囲気中において容量の変化を測定する
と、極性を有する水蒸気、アルコール蒸気等の雰囲気中
においては、二桁行くあるいはそれ以上大きな容量を示
すことが確認された。例えば、多孔質シリコン層の厚み
を22ミクロンとした10mm角の試料において、24.3℃の真
空中での容量が28pFであったのが、飽和アルコール蒸気
中では180pFとなり、飽和水蒸気中では2900pFの容量を
示していた。
と各種のガス雰囲気中において容量の変化を測定する
と、極性を有する水蒸気、アルコール蒸気等の雰囲気中
においては、二桁行くあるいはそれ以上大きな容量を示
すことが確認された。例えば、多孔質シリコン層の厚み
を22ミクロンとした10mm角の試料において、24.3℃の真
空中での容量が28pFであったのが、飽和アルコール蒸気
中では180pFとなり、飽和水蒸気中では2900pFの容量を
示していた。
なお、容量と並列に形成される抵抗について測定する
と、20MΩから0.5MΩと大幅に減少していた。この抵抗
の減少は、容量の増加と関連していることも確認されて
おり、抵抗の変化もガスに反応した結果を現している。
と、20MΩから0.5MΩと大幅に減少していた。この抵抗
の減少は、容量の増加と関連していることも確認されて
おり、抵抗の変化もガスに反応した結果を現している。
上記のような、容量あるいは更に抵抗の変化を測定し
たり、これを発振回路に接続して周波数計あるいはスピ
ーカ、ブザー等で検知することができる。この特性を利
用して極性を有するガスのセンサとして、極めて感度の
良好な装置が得られる。
たり、これを発振回路に接続して周波数計あるいはスピ
ーカ、ブザー等で検知することができる。この特性を利
用して極性を有するガスのセンサとして、極めて感度の
良好な装置が得られる。
ただ、多孔質シリコンは活性な物質であり、その性質
が変化し易いものである。したがって、センサとして長
時間使用する場合には、その初期容量値に変化を生じや
すくなる。また、温度によっても特性が変化し、試料に
よって特性の差異が生じ易い。そのため、厳密に測定す
る場合には、特性のずれを補正して使用することが必要
となる。本発明はその補正の方法を提供するものであ
る。
が変化し易いものである。したがって、センサとして長
時間使用する場合には、その初期容量値に変化を生じや
すくなる。また、温度によっても特性が変化し、試料に
よって特性の差異が生じ易い。そのため、厳密に測定す
る場合には、特性のずれを補正して使用することが必要
となる。本発明はその補正の方法を提供するものであ
る。
本発明は、多孔質シリコン層と単結晶シリコン層との
二層構造の素子に、直流バイアスを印加した場合に容量
に変化が生じていることが観測されたことを基礎として
いる。直流バイアス電圧を変化させると容量値も特有の
変化を示している。
二層構造の素子に、直流バイアスを印加した場合に容量
に変化が生じていることが観測されたことを基礎として
いる。直流バイアス電圧を変化させると容量値も特有の
変化を示している。
第２図は直流バイアス電圧と容量変化の関係を示す説
明図である。第１図に示した素子において電極13に対し
て電極12をマイナスとして直流バイアスを印加し、その
値を徐々にプラス側に変化させた。この場合、電極12が
マイナスのときには比較的大きな容量値を示し、電圧値
の変化にたいしてほとんどフラットな容量値を示してい
る。そしてバイアス電圧を電極12側をプラスとすると急
激に容量値が減少した。
明図である。第１図に示した素子において電極13に対し
て電極12をマイナスとして直流バイアスを印加し、その
値を徐々にプラス側に変化させた。この場合、電極12が
マイナスのときには比較的大きな容量値を示し、電圧値
の変化にたいしてほとんどフラットな容量値を示してい
る。そしてバイアス電圧を電極12側をプラスとすると急
激に容量値が減少した。
上記のような変化は素子ごとに異なっており、プラス
・マイナスの転換点において一旦大きく落ち込み、再び
若干増加する傾向を示すものもあった。ただ、電極に金
や鉛を主成分とする半田を用いた場合には変化の方向は
第２図に示した例と同じであった。
・マイナスの転換点において一旦大きく落ち込み、再び
若干増加する傾向を示すものもあった。ただ、電極に金
や鉛を主成分とする半田を用いた場合には変化の方向は
第２図に示した例と同じであった。
多孔質シリコン層を具えた素子をガスセンサとして用
いるばあいに、経時変化等による特性つまり初期の容量
値の変化を補正するために、このバイアス電圧を利用す
る。すなわち、測定回路に接続されたセンサ素子の電極
をバイアス電圧源にも接続し、そのバイアス電圧源の電
圧を可変としておく。バイアス電圧を変えながら所定の
初期容量を示した点でバイアス電圧を固定して、雰囲気
ガスに感応して容量の変化が生じる状態を測定し、また
その容量値によってガスの種類あるいは状態を検知する
ことができる。
いるばあいに、経時変化等による特性つまり初期の容量
値の変化を補正するために、このバイアス電圧を利用す
る。すなわち、測定回路に接続されたセンサ素子の電極
をバイアス電圧源にも接続し、そのバイアス電圧源の電
圧を可変としておく。バイアス電圧を変えながら所定の
初期容量を示した点でバイアス電圧を固定して、雰囲気
ガスに感応して容量の変化が生じる状態を測定し、また
その容量値によってガスの種類あるいは状態を検知する
ことができる。
素子によって経時変化等の状況は異なるが、常に初期
の容量値を一定にしてから測定することができるので、
測定の精度を一定に保つことが容易となる。
の容量値を一定にしてから測定することができるので、
測定の精度を一定に保つことが容易となる。
また、本発明によりバイアス電圧を印加した場合には
素子の感度が若干上昇する例もあった。
素子の感度が若干上昇する例もあった。
〔効果〕 本発明によれば、バイアス電圧を印加するのみでセン
サ素子の容量値を補正することができ、精度の良好な測
定及び検出を行うことができる。
サ素子の容量値を補正することができ、精度の良好な測
定及び検出を行うことができる。
また、素子に特別な加工等を必要とせず、安価な素子
を長時間使用することができ、しかも安定した特性を容
易に得ることができる。
を長時間使用することができ、しかも安定した特性を容
易に得ることができる。
第１図は本発明を実施する場合に使用するセンサ素子の
一例を示す正面断面図、第２図はバイアス電圧と容量の
関係の説明図である。
一例を示す正面断面図、第２図はバイアス電圧と容量の
関係の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本橋 章 埼玉県坂戸市大字片柳727番地１ (56)参考文献 特開 昭62−201344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−40847（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】一表面に多孔質シリコン層を具えた単結晶
シリコン基板の該多孔質シリコン層表面及びその裏面の
単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該電極間の容量の変化によっ
てガスを検知するガス検知方法において、該電極間に直
流バイアス電圧を印加しながら容量の変化を測定するこ
とを特徴とするガス検知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073443A JPH0810203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ガス検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073443A JPH0810203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ガス検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63238546A JPS63238546A (ja) | 1988-10-04 |
| JPH0810203B2 true JPH0810203B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=13518378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62073443A Expired - Fee Related JPH0810203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ガス検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810203B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5494078B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2014-05-14 | 富士通株式会社 | センサ装置およびその製造方法 |
| US10215786B2 (en) | 2011-12-23 | 2019-02-26 | Sanofi-Aventis Deutschland Gmbh | Sensor arrangement for a packaging of a medicament |
| CN113093819A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 中北大学 | 一种高精度微型气体流量控制器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4143177A (en) * | 1977-01-31 | 1979-03-06 | Panametrics, Inc. | Absolute humidity sensors and methods of manufacturing humidity sensors |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62073443A patent/JPH0810203B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63238546A (ja) | 1988-10-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |