JPH0830692B2 - 限界電流式酸素センサ - Google Patents
限界電流式酸素センサInfo
- Publication number
- JPH0830692B2 JPH0830692B2 JP4335243A JP33524392A JPH0830692B2 JP H0830692 B2 JPH0830692 B2 JP H0830692B2 JP 4335243 A JP4335243 A JP 4335243A JP 33524392 A JP33524392 A JP 33524392A JP H0830692 B2 JPH0830692 B2 JP H0830692B2
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- JP
- Japan
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- substrate
- oxygen sensor
- thin film
- electrode
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、限界電流式酸素センサ
に係り、特にイオン伝導体膜や電極を薄膜技術により形
成した薄膜型の限界電流式酸素センサに関する。
に係り、特にイオン伝導体膜や電極を薄膜技術により形
成した薄膜型の限界電流式酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、イットリウム（Ｙ）で安定化
した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン
伝導体（固体電解質）として用いたセラミック酸素セン
サが知られている。バルク型のセラミック酸素センサで
は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体バルクをプレス成
形，焼成により得て、これに触媒作用を有するＰｔ電極
を、Ｐｔペーストの印刷，焼成により形成している。
した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン
伝導体（固体電解質）として用いたセラミック酸素セン
サが知られている。バルク型のセラミック酸素センサで
は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体バルクをプレス成
形，焼成により得て、これに触媒作用を有するＰｔ電極
を、Ｐｔペーストの印刷，焼成により形成している。
【０００３】このようなバルク型セラミック酸素センサ
に対して、最近、素子の小形化，微細化，量産化のため
に、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体および電極を薄膜
技術により形成する薄膜型の限界電流式酸素センサが提
案されている。この種の薄膜型のセラミック酸素センサ
は、例えば基板上にカソード電極，酸化物イオン伝導体
膜およびアノード電極を順次積層形成して得られる。こ
の薄膜型セラミック酸素センサで基板側を酸素ガス供給
側として限界電流特性を得るためには、基板として、酸
素分子の拡散律速性を有する気体透過性基板が必要であ
る。この様な気体透過性基板として、例えばＺｒＯ2 −
ＢＮがある。
に対して、最近、素子の小形化，微細化，量産化のため
に、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体および電極を薄膜
技術により形成する薄膜型の限界電流式酸素センサが提
案されている。この種の薄膜型のセラミック酸素センサ
は、例えば基板上にカソード電極，酸化物イオン伝導体
膜およびアノード電極を順次積層形成して得られる。こ
の薄膜型セラミック酸素センサで基板側を酸素ガス供給
側として限界電流特性を得るためには、基板として、酸
素分子の拡散律速性を有する気体透過性基板が必要であ
る。この様な気体透過性基板として、例えばＺｒＯ2 −
ＢＮがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
気体透過性基板は、ポアサイズが０．１〜０．２μm 程
度と大きく、この基板上にスパッタ法により表面状態の
均一性に優れた薄膜を形成することが難しい。また、基
板のポアサイズによっては、カソード電極への気体拡散
律速性が十分に得られず、良好な限界電流特性が得られ
ない。本発明は、この様な事情を考慮してなされたもの
で、優れた限界電流特性を得ることができる薄膜型の限
界電流式酸素センサを提供することを目的とする。
気体透過性基板は、ポアサイズが０．１〜０．２μm 程
度と大きく、この基板上にスパッタ法により表面状態の
均一性に優れた薄膜を形成することが難しい。また、基
板のポアサイズによっては、カソード電極への気体拡散
律速性が十分に得られず、良好な限界電流特性が得られ
ない。本発明は、この様な事情を考慮してなされたもの
で、優れた限界電流特性を得ることができる薄膜型の限
界電流式酸素センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、気体透過性基
板上にカソード電極が形成され、このカソード電極を覆
うように酸化物イオン伝導体膜が形成され、このイオン
伝導体膜の上または下にカソード電極に対して所定間隔
をもって対向するアノード電極が配置された構造の限界
電流式酸素センサにおいて、前記気体透過性基板の表面
が基板より緻密でかつ気体拡散律速性を有する絶縁薄膜
で覆われていることを特徴とする。
板上にカソード電極が形成され、このカソード電極を覆
うように酸化物イオン伝導体膜が形成され、このイオン
伝導体膜の上または下にカソード電極に対して所定間隔
をもって対向するアノード電極が配置された構造の限界
電流式酸素センサにおいて、前記気体透過性基板の表面
が基板より緻密でかつ気体拡散律速性を有する絶縁薄膜
で覆われていることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明によると、気体透過性基板が緻密で気体
拡散律速性を有する絶縁薄膜で覆われているため、この
上に形成される電極や酸化物イオン伝導体膜の均一性が
優れたものとなる。また絶縁薄膜が緻密であっても、そ
の膜厚を選ぶことによって、必要な気体拡散律速性を持
たせることが可能である。従って本発明によれば、優れ
た限界電流特性を有する薄膜型の酸素センサを得ること
ができる。
拡散律速性を有する絶縁薄膜で覆われているため、この
上に形成される電極や酸化物イオン伝導体膜の均一性が
優れたものとなる。また絶縁薄膜が緻密であっても、そ
の膜厚を選ぶことによって、必要な気体拡散律速性を持
たせることが可能である。従って本発明によれば、優れ
た限界電流特性を有する薄膜型の酸素センサを得ること
ができる。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１(a) (b) は、本発明の一実施例に係る薄
膜型限界電流式酸素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面
図である。気体透過性基板としてこの実施例では、Ｚｒ
Ｏ2 −ＢＮ（ＢＮ１０％）基板１を用いている。ＺｒＯ
2 −ＢＮ基板１のポアサイズは、０．１〜０．２μm で
ある。このＺｒＯ2 −ＢＮ基板１上には、絶縁薄膜とし
て、３種の金属酸化物セラミックであるフォルステライ
ト薄膜２が形成されている。フォルステライト薄膜２
は、フォルステライト・ターゲットを用いたスパッタ法
により形成される。
説明する。図１(a) (b) は、本発明の一実施例に係る薄
膜型限界電流式酸素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面
図である。気体透過性基板としてこの実施例では、Ｚｒ
Ｏ2 −ＢＮ（ＢＮ１０％）基板１を用いている。ＺｒＯ
2 −ＢＮ基板１のポアサイズは、０．１〜０．２μm で
ある。このＺｒＯ2 −ＢＮ基板１上には、絶縁薄膜とし
て、３種の金属酸化物セラミックであるフォルステライ
ト薄膜２が形成されている。フォルステライト薄膜２
は、フォルステライト・ターゲットを用いたスパッタ法
により形成される。
【０００８】フォルステライト薄膜２が形成された基板
上に、櫛歯状のＰｔカソード電極３が形成され、その上
に酸化物イオン伝導体膜としてＺｒＯ2 −8mol% Ｙ2 Ｏ
3 膜（以下、単にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜という）４、更
にこの上に櫛歯状のＰｔアノード電極５が形成されてい
る。Ｐｔカソード電極３，およびＰｔアノード電極５は
メタルマスクを用いたスパッタ法により形成される。Ｚ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４は、Ｚｒ−Ｙ合金ターゲットを用
いた、アルゴンと酸素の混合ガスをキャリアガスとする
反応性スパッタ法により、またはＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 セ
ラミックターゲットを用いたスパッタ法により形成され
る。
上に、櫛歯状のＰｔカソード電極３が形成され、その上
に酸化物イオン伝導体膜としてＺｒＯ2 −8mol% Ｙ2 Ｏ
3 膜（以下、単にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜という）４、更
にこの上に櫛歯状のＰｔアノード電極５が形成されてい
る。Ｐｔカソード電極３，およびＰｔアノード電極５は
メタルマスクを用いたスパッタ法により形成される。Ｚ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４は、Ｚｒ−Ｙ合金ターゲットを用
いた、アルゴンと酸素の混合ガスをキャリアガスとする
反応性スパッタ法により、またはＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 セ
ラミックターゲットを用いたスパッタ法により形成され
る。
【０００９】Ｐｔカソード電極３とＰｔアノード電極５
は、この実施例では、それぞれの櫛歯が、図示のように
ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４を挟んで上下に対向するように
配置されている。しかし、Ｐｔカソード電極３とアノー
ド電極５はこの様に上下で重なるようなパターン配置で
あることは必ずしも必要ではない。例えば、Ｐｔカソー
ド電極３の櫛歯の間にＰｔアノード電極５の櫛歯が入る
ようなパターン配置としてもよい。
は、この実施例では、それぞれの櫛歯が、図示のように
ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４を挟んで上下に対向するように
配置されている。しかし、Ｐｔカソード電極３とアノー
ド電極５はこの様に上下で重なるようなパターン配置で
あることは必ずしも必要ではない。例えば、Ｐｔカソー
ド電極３の櫛歯の間にＰｔアノード電極５の櫛歯が入る
ようなパターン配置としてもよい。
【００１０】具体的な数値例を挙げる。ＺｒＯ2 −ＢＮ
基板１は、５mm×５mm×０．２mmであり、フォルステラ
イト薄膜２の膜厚は約１０nmである。Ｐｔカソード電極
３およびＰｔアノード電極５は、膜厚０．２μm 、線
幅，線間隔共に７５μm の２０対の櫛歯パターンであ
る。ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４は、膜厚０．５μm であ
る。
基板１は、５mm×５mm×０．２mmであり、フォルステラ
イト薄膜２の膜厚は約１０nmである。Ｐｔカソード電極
３およびＰｔアノード電極５は、膜厚０．２μm 、線
幅，線間隔共に７５μm の２０対の櫛歯パターンであ
る。ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４は、膜厚０．５μm であ
る。
【００１１】この実施例によると、ＺｒＯ2 −ＢＮ基板
１の表面が緻密なフォルステライト膜２で覆われている
ため、この上に形成されるＰｔカソード電極３およびＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４が均一性よく形成される。また、
フォルステライト膜２はＺｒＯ2 −ＢＮ基板１に比べて
緻密ではあるが、薄いために、気体拡散律速性を有す
る。実際にこの実施例により得られた酸素センサを用い
て、４００℃の雰囲気で測定して、良好な限界電流特性
が得られた。
１の表面が緻密なフォルステライト膜２で覆われている
ため、この上に形成されるＰｔカソード電極３およびＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４が均一性よく形成される。また、
フォルステライト膜２はＺｒＯ2 −ＢＮ基板１に比べて
緻密ではあるが、薄いために、気体拡散律速性を有す
る。実際にこの実施例により得られた酸素センサを用い
て、４００℃の雰囲気で測定して、良好な限界電流特性
が得られた。
【００１２】図２(a)(b)は、本発明の他の実施例の限界
電流式酸素センサを示す平面図とそのＡ−Ａ′断面図で
ある。先の実施例と対応する部分には先の実施例と同一
符号を付してある。この実施例では、フォルステライト
薄膜２で覆われたＺｒＯ2 −ＢＮ基板上に、Ｐｔカソー
ド電極３とＰｔアノード電極５とが同じ面内で所定の間
隙をおいて互いに噛み合う櫛歯パターンをもって形成さ
れて、カソード電極３上およびカソード電極３とアノー
ド電極５の間の間隙部を覆うようにＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
膜４が形成されている。この実施例によっても、先の実
施例と同様に良好な限界電流特性を示す酸素センサが得
られる。
電流式酸素センサを示す平面図とそのＡ−Ａ′断面図で
ある。先の実施例と対応する部分には先の実施例と同一
符号を付してある。この実施例では、フォルステライト
薄膜２で覆われたＺｒＯ2 −ＢＮ基板上に、Ｐｔカソー
ド電極３とＰｔアノード電極５とが同じ面内で所定の間
隙をおいて互いに噛み合う櫛歯パターンをもって形成さ
れて、カソード電極３上およびカソード電極３とアノー
ド電極５の間の間隙部を覆うようにＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
膜４が形成されている。この実施例によっても、先の実
施例と同様に良好な限界電流特性を示す酸素センサが得
られる。
【００１３】本発明は、上記実施例に限られるものでは
ない。例えば実施例では、酸化物イオン伝導体としてＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 を用いたが、他の酸化物イオン伝導体
を用いた薄膜型の酸素センサにも本発明を適用すること
ができる。また、気体透過性基板やこの上に形成する拡
散律速性を有する絶縁薄膜、更に電極にも他の材料を用
いることができる。
ない。例えば実施例では、酸化物イオン伝導体としてＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 を用いたが、他の酸化物イオン伝導体
を用いた薄膜型の酸素センサにも本発明を適用すること
ができる。また、気体透過性基板やこの上に形成する拡
散律速性を有する絶縁薄膜、更に電極にも他の材料を用
いることができる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ポ
アサイズが大きい気体透過性基板を緻密でかつ拡散律速
性を有する絶縁薄膜で覆うことにより、優れた限界電流
特性を得ることができる薄膜型の酸素センサを実現でき
る。
アサイズが大きい気体透過性基板を緻密でかつ拡散律速
性を有する絶縁薄膜で覆うことにより、優れた限界電流
特性を得ることができる薄膜型の酸素センサを実現でき
る。
【図１】 本発明の一実施例の限界電流式酸素センサを
示す図である。
示す図である。
【図２】 本発明の他の実施例の限界電流式酸素センサ
を示す図である。
を示す図である。
１…ＺｒＯ2 −ＢＮ基板、２…フォルステライト薄膜、
３…Ｐｔカソード電極、４…ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜、５
…Ｐｔアノード電極。
３…Ｐｔカソード電極、４…ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜、５
…Ｐｔアノード電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (56)参考文献 特開 平２−196953（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−18933（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 気体透過性基板と、 この基板上に形成された基板より緻密でかつ気体透過性
を律速する膜厚の絶縁薄膜と、 この絶縁薄膜で覆われた基板上に所定の間隙をおいて互
いに噛み合う櫛歯パターンをもって形成されたカソード
電極およびアノード電極と、前記 カソード電極上およびカソード電極とアノード電極
との間隙部を覆うように形成された酸化物イオン伝導体
膜とを備えたことを特徴とする限界電流式酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335243A JPH0830692B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 限界電流式酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335243A JPH0830692B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 限界電流式酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160337A JPH06160337A (ja) | 1994-06-07 |
| JPH0830692B2 true JPH0830692B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=18286347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4335243A Expired - Fee Related JPH0830692B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 限界電流式酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0830692B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07101212B2 (ja) * | 1989-01-26 | 1995-11-01 | 松下電器産業株式会社 | 燃焼制御用センサ |
| JPH0816666B2 (ja) * | 1991-07-09 | 1996-02-21 | 株式会社フジクラ | 酸素センサ |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP4335243A patent/JPH0830692B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06160337A (ja) | 1994-06-07 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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