JPH09159633A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH09159633A JPH09159633A JP31684195A JP31684195A JPH09159633A JP H09159633 A JPH09159633 A JP H09159633A JP 31684195 A JP31684195 A JP 31684195A JP 31684195 A JP31684195 A JP 31684195A JP H09159633 A JPH09159633 A JP H09159633A
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- gas
- concentration
- sensor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス濃度を求めるための理論的な演算式を適
用できる理想的な特性を有するガスセンサを提供するこ
と。 【解決手段】 基板上にガスセンサ８を作製した後、容
器６内において、水素を含有する気体中でガスセンサ８
に熱処理を施すようにした。
用できる理想的な特性を有するガスセンサを提供するこ
と。 【解決手段】 基板上にガスセンサ８を作製した後、容
器６内において、水素を含有する気体中でガスセンサ８
に熱処理を施すようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサに関し、
特にＭＩＳＦＥＴやＭＩＳダイオードを用いたガスセン
サに関する。
特にＭＩＳＦＥＴやＭＩＳダイオードを用いたガスセン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ガスセンサとしては、ＳｎＯ
2 やＴｉＯ2 などの酸化物をガス感応膜として用い、こ
のガス感応膜の抵抗値の変化によってガス濃度を測定し
ようとする酸化物半導体センサや、ガス感応膜の仕事関
数の変化によるＦＥＴの閾値電圧の変化によってガス濃
度を測定しようとするＦＥＴセンサ等が知られている。
2 やＴｉＯ2 などの酸化物をガス感応膜として用い、こ
のガス感応膜の抵抗値の変化によってガス濃度を測定し
ようとする酸化物半導体センサや、ガス感応膜の仕事関
数の変化によるＦＥＴの閾値電圧の変化によってガス濃
度を測定しようとするＦＥＴセンサ等が知られている。
【０００３】ＦＥＴセンサとしては、たとえば、ＭＩＳ
ＦＥＴ（金属−絶縁ゲート型ＦＥＴ）のゲート金属とし
てＰｄを用いてＰｄ−ＳｉＯ2 −Ｓｉ構造を有し、各種
ガスの濃度を検出するガスセンサが従来から知られてい
る。
ＦＥＴ（金属−絶縁ゲート型ＦＥＴ）のゲート金属とし
てＰｄを用いてＰｄ−ＳｉＯ2 −Ｓｉ構造を有し、各種
ガスの濃度を検出するガスセンサが従来から知られてい
る。
【０００４】ここで、このＦＥＴセンサの動作原理につ
いて説明する。
いて説明する。
【０００５】たとえば検出すべき水素ガス（Ｈ2 ）はＰ
ｄ表面で吸着、解離されて原子状態（Ｈ）となる。この
水素原子は拡散によってＰｄ−ＳｉＯ2 界面に達して界
面電位を発生し、この結果ＦＥＴの特性パラメータであ
る閾値電圧が変化するため、この閾値電圧の変化を測定
することによって水素ガス（Ｈ2 ）の濃度を検出するこ
とができる。
ｄ表面で吸着、解離されて原子状態（Ｈ）となる。この
水素原子は拡散によってＰｄ−ＳｉＯ2 界面に達して界
面電位を発生し、この結果ＦＥＴの特性パラメータであ
る閾値電圧が変化するため、この閾値電圧の変化を測定
することによって水素ガス（Ｈ2 ）の濃度を検出するこ
とができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の酸化物半導体センサやＦＥＴセンサには次のような問
題点がある。
の酸化物半導体センサやＦＥＴセンサには次のような問
題点がある。
【０００７】酸化物半導体センサは、測定精度が悪く大
まかな測定しかできないという問題点がある。また、同
じ酸化物半導体センサをいくつか製作した場合であって
もそれぞれで特性にばらつきが生じるために個々のセン
サについて校正が必要であるし、特性は経時変化するた
めその都度校正が必要になってしまうという問題があ
る。さらに、酸化物半導体センサのガス感応膜の抵抗値
に基づいてガス濃度を求める理論的な演算式がないた
め、検量線から推定してガス濃度を求めるしかなかっ
た。
まかな測定しかできないという問題点がある。また、同
じ酸化物半導体センサをいくつか製作した場合であって
もそれぞれで特性にばらつきが生じるために個々のセン
サについて校正が必要であるし、特性は経時変化するた
めその都度校正が必要になってしまうという問題があ
る。さらに、酸化物半導体センサのガス感応膜の抵抗値
に基づいてガス濃度を求める理論的な演算式がないた
め、検量線から推定してガス濃度を求めるしかなかっ
た。
【０００８】一方、ＦＥＴセンサの場合、ＦＥＴの閾値
電圧に基づいてガス濃度を求める理論的な演算式が従来
から知られていたが、この演算式の適用が可能な理想的
な特性を有するセンサを再現性よく製作する方法は知ら
れていなかった。このため、センサの出力から被検出ガ
スの正確な濃度を特定することは困難であり、特性にば
らつきが生じるために個々のセンサについて校正が必要
であるので非常に煩雑であるという問題点があった。
電圧に基づいてガス濃度を求める理論的な演算式が従来
から知られていたが、この演算式の適用が可能な理想的
な特性を有するセンサを再現性よく製作する方法は知ら
れていなかった。このため、センサの出力から被検出ガ
スの正確な濃度を特定することは困難であり、特性にば
らつきが生じるために個々のセンサについて校正が必要
であるので非常に煩雑であるという問題点があった。
【０００９】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、ガス濃度を求めるための理論的な演算式を適用で
きる理想的な特性を有するガスセンサを提供することを
目的とする。
ので、ガス濃度を求めるための理論的な演算式を適用で
きる理想的な特性を有するガスセンサを提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、半導体を用いたガスセンサにおいて、基
板上の絶縁層上に形成したガス感応膜であるゲート電極
を加工し、絶縁層が部分的に露出するようにしてガスセ
ンサを製作した。
成するために、半導体を用いたガスセンサにおいて、基
板上の絶縁層上に形成したガス感応膜であるゲート電極
を加工し、絶縁層が部分的に露出するようにしてガスセ
ンサを製作した。
【００１１】また、ゲート電極を加工するために、水素
を含有する気体中において熱処理を施すようにした。
を含有する気体中において熱処理を施すようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００１３】図１は本発明の一実施の形態によるガスセ
ンサの構造を示す図であり、（ａ）はガスセンサの断面
図であり、（ｂ）はガスセンサから出力を得るための接
続図である。
ンサの構造を示す図であり、（ａ）はガスセンサの断面
図であり、（ｂ）はガスセンサから出力を得るための接
続図である。
【００１４】図１（ａ）において、ガスセンサ８は、基
板１６上にドレイン領域１７とソース領域１８とが形成
され、上部に絶縁層１９が形成され、さらに上部にゲー
ト電極２０が形成されて成る。また、ドレイン領域１７
に接続されたドレイン電極２１およびソース領域１８に
接続されたソース電極２２が設けられている。基板１６
としてはたとえばＳｉ基板が、絶縁層１９としてはたと
えばＳｉＯ2 が、ゲート電極２０としてはたとえばＰｄ
が、ドレイン電極２１およびソース電極２２としてはた
とえばＡｌがそれぞれ用いられる。ただし、本発明はこ
れに限定されるものではなく、たとえば、絶縁層１９と
してはＳｉ3 Ｎ4 等を用いてもよく、ゲート電極２０と
してはＰｔ、Ｉｒ等を用いてもよい。なお、本実施の形
態ではガスセンサ８は水素を検出するセンサであるとし
て説明する。
板１６上にドレイン領域１７とソース領域１８とが形成
され、上部に絶縁層１９が形成され、さらに上部にゲー
ト電極２０が形成されて成る。また、ドレイン領域１７
に接続されたドレイン電極２１およびソース領域１８に
接続されたソース電極２２が設けられている。基板１６
としてはたとえばＳｉ基板が、絶縁層１９としてはたと
えばＳｉＯ2 が、ゲート電極２０としてはたとえばＰｄ
が、ドレイン電極２１およびソース電極２２としてはた
とえばＡｌがそれぞれ用いられる。ただし、本発明はこ
れに限定されるものではなく、たとえば、絶縁層１９と
してはＳｉ3 Ｎ4 等を用いてもよく、ゲート電極２０と
してはＰｔ、Ｉｒ等を用いてもよい。なお、本実施の形
態ではガスセンサ８は水素を検出するセンサであるとし
て説明する。
【００１５】ガスセンサ８は、雰囲気中のガスたとえば
Ｈ2 の濃度に応じて、その閾値電圧が変化するものであ
り、図１（ｂ）に示すように接続することにより、出力
端子からガスセンサ８の閾値電圧を検出することができ
る。ここで、閾値電圧とはＦＥＴのゲート電圧ＶG を上
昇させていき、ドレイン−ソース間電流ＩDSが流れ始め
る際のゲート電圧ＶG をいう。
Ｈ2 の濃度に応じて、その閾値電圧が変化するものであ
り、図１（ｂ）に示すように接続することにより、出力
端子からガスセンサ８の閾値電圧を検出することができ
る。ここで、閾値電圧とはＦＥＴのゲート電圧ＶG を上
昇させていき、ドレイン−ソース間電流ＩDSが流れ始め
る際のゲート電圧ＶG をいう。
【００１６】本実施の形態によるガスセンサは、図１
（ａ）に示した構造に製作したガスセンサ８に熱処理を
施すことによって完成する。
（ａ）に示した構造に製作したガスセンサ８に熱処理を
施すことによって完成する。
【００１７】図２は、図１（ａ）に示したガスセンサ８
に熱処理を施す装置の一例のブロック図である。
に熱処理を施す装置の一例のブロック図である。
【００１８】マスフローコントローラ１は水素の流量を
調整する装置であり、マスフローコントローラ２は空気
の流量を調整する装置である。マスフローコントローラ
１からの水素はバルブ３を介してミキサ５に流入し、マ
スフローコントローラ２からの空気はバルブ４を介して
ミキサ５に流入する。ミキサ５は流入してきた気体を混
ぜ合わせて濃度分布を均一にして吐出する。そして、容
器６内はミキサ５からの気体で満たされる。
調整する装置であり、マスフローコントローラ２は空気
の流量を調整する装置である。マスフローコントローラ
１からの水素はバルブ３を介してミキサ５に流入し、マ
スフローコントローラ２からの空気はバルブ４を介して
ミキサ５に流入する。ミキサ５は流入してきた気体を混
ぜ合わせて濃度分布を均一にして吐出する。そして、容
器６内はミキサ５からの気体で満たされる。
【００１９】容器６内には、ガスセンサ８とガスセンサ
８を加熱するためのヒータ７とが設けられ、ガスセンサ
８の出力端子はセンサ測定装置に接続され、ヒータ７に
はヒータ電源９が接続される。また、容器６内の気体を
分析するためのガスクロマトグラフ１１が設けられてい
る。
８を加熱するためのヒータ７とが設けられ、ガスセンサ
８の出力端子はセンサ測定装置に接続され、ヒータ７に
はヒータ電源９が接続される。また、容器６内の気体を
分析するためのガスクロマトグラフ１１が設けられてい
る。
【００２０】熱処理は、たとえば、容器６内の水素の濃
度を１００００ｐｐｍにし、ヒータ７により１００℃に
加熱し、この状態を５０時間以上保持することによって
行われる。
度を１００００ｐｐｍにし、ヒータ７により１００℃に
加熱し、この状態を５０時間以上保持することによって
行われる。
【００２１】この熱処理の条件は、他の条件にすること
も可能で、たとえば容器６内の水素濃度はより低い濃度
にしてもよいが、この場合熱処理に要する時間を長くす
る必要がある。また、ヒータ７によりガスセンサ８を加
熱する温度も１００℃に限定されるものではない。すな
わち、この熱処理における必須条件は水素を含有する気
体内でガスセンサ８を加熱することにある。
も可能で、たとえば容器６内の水素濃度はより低い濃度
にしてもよいが、この場合熱処理に要する時間を長くす
る必要がある。また、ヒータ７によりガスセンサ８を加
熱する温度も１００℃に限定されるものではない。すな
わち、この熱処理における必須条件は水素を含有する気
体内でガスセンサ８を加熱することにある。
【００２２】図３は図１（ａ）に示したガスセンサ８の
ゲート電極２０の様子を拡大して模式的に示した断面図
であり、（ａ）熱処理前の様子を示し、（ｂ）は熱処理
後の様子を示す。
ゲート電極２０の様子を拡大して模式的に示した断面図
であり、（ａ）熱処理前の様子を示し、（ｂ）は熱処理
後の様子を示す。
【００２３】熱処理前のゲート電極２０は、図３（ａ）
に示すように、ほぼ平坦に形成されて絶縁層１９が露出
している部分はない。ところが、熱処理後のゲート電極
２０は、図３（ｂ）に示すように、形状が荒れて所々で
絶縁層１９が露出している。すなわち、本発明の要点は
ゲート電極２０を図３（ｂ）に示すように加工すること
にあり、本実施の形態ではガスセンサ８に対して熱処理
を施すことによってゲート電極２０の形状を加工した
が、他の方法によってゲート電極２０を加工してもよ
い。
に示すように、ほぼ平坦に形成されて絶縁層１９が露出
している部分はない。ところが、熱処理後のゲート電極
２０は、図３（ｂ）に示すように、形状が荒れて所々で
絶縁層１９が露出している。すなわち、本発明の要点は
ゲート電極２０を図３（ｂ）に示すように加工すること
にあり、本実施の形態ではガスセンサ８に対して熱処理
を施すことによってゲート電極２０の形状を加工した
が、他の方法によってゲート電極２０を加工してもよ
い。
【００２４】図４は、図１に示したガスセンサ８による
水素濃度の検出結果を示すグラフであり、熱処理前後の
センサ特性を比較する図である。
水素濃度の検出結果を示すグラフであり、熱処理前後の
センサ特性を比較する図である。
【００２５】図４において、横軸は経過時間、縦軸は閾
値電圧の変化分である。ここで、閾値電圧の変化分と
は、水素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧
からの差分の電圧をいう。図４の曲線ａは熱処理後のガ
スセンサ８による検出結果であり、曲線ｂは熱処理前の
ガスセンサ８による検出結果である。
値電圧の変化分である。ここで、閾値電圧の変化分と
は、水素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧
からの差分の電圧をいう。図４の曲線ａは熱処理後のガ
スセンサ８による検出結果であり、曲線ｂは熱処理前の
ガスセンサ８による検出結果である。
【００２６】図２に示した熱処理用装置でガスセンサ８
による水素濃度の検出も可能であるので、ここでは図２
を参照しながら説明する。
による水素濃度の検出も可能であるので、ここでは図２
を参照しながら説明する。
【００２７】先に熱処理後のガスセンサ８による水素濃
度の検出について説明する。まず、熱処理後のガスセン
サ８を、図２に示すように容器６内に配置し、バルブ３
は閉じ、バルブ４のみを開いておく。この場合、容器６
内は空気のみとなり、このときのガスセンサ８の出力
は、水素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧
と同じであり、従って、閾値電圧の変化分は０となる。
次に、開始から１０分後にバルブ３も開き、容器６内の
水素が１００００ｐｐｍになるようにする。このときガ
スセンサ８の出力は図４の曲線ａに示すように急激に変
化し、水素１００００ｐｐｍに対応した出力を示すよう
になり、そのまま安定する。次に、開始から３０分後に
バルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、ガ
スセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が０
のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。す
なわち、熱処理後のガスセンサ８は応答性がよく、素早
く水素濃度に応じた閾値電圧を示す。
度の検出について説明する。まず、熱処理後のガスセン
サ８を、図２に示すように容器６内に配置し、バルブ３
は閉じ、バルブ４のみを開いておく。この場合、容器６
内は空気のみとなり、このときのガスセンサ８の出力
は、水素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧
と同じであり、従って、閾値電圧の変化分は０となる。
次に、開始から１０分後にバルブ３も開き、容器６内の
水素が１００００ｐｐｍになるようにする。このときガ
スセンサ８の出力は図４の曲線ａに示すように急激に変
化し、水素１００００ｐｐｍに対応した出力を示すよう
になり、そのまま安定する。次に、開始から３０分後に
バルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、ガ
スセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が０
のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。す
なわち、熱処理後のガスセンサ８は応答性がよく、素早
く水素濃度に応じた閾値電圧を示す。
【００２８】次に熱処理前のガスセンサ８による水素濃
度の検出について説明する。まず、熱処理前のガスセン
サ８を、図２に示すように容器６内に配置し、バルブ３
は閉じ、バルブ４のみを開いておく。この場合、容器６
内は空気のみとなり、このときのガスセンサ８の出力
は、水素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧
と同じであり、従って、閾値電圧の変化分は０となる。
次に、開始から１０分後にバルブ３も開き、容器６内の
水素が１００００ｐｐｍになるようにする。このときガ
スセンサ８の出力は図４の曲線ｂに示すようになだらか
に変化してなかなか収束しない。すなわち、熱処理前の
ガスセンサ８では応答性が悪く、センサとしては使い物
にならない。
度の検出について説明する。まず、熱処理前のガスセン
サ８を、図２に示すように容器６内に配置し、バルブ３
は閉じ、バルブ４のみを開いておく。この場合、容器６
内は空気のみとなり、このときのガスセンサ８の出力
は、水素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧
と同じであり、従って、閾値電圧の変化分は０となる。
次に、開始から１０分後にバルブ３も開き、容器６内の
水素が１００００ｐｐｍになるようにする。このときガ
スセンサ８の出力は図４の曲線ｂに示すようになだらか
に変化してなかなか収束しない。すなわち、熱処理前の
ガスセンサ８では応答性が悪く、センサとしては使い物
にならない。
【００２９】図５は、熱処理後のガスセンサ８による水
素濃度の検出結果を示すグラフである。
素濃度の検出結果を示すグラフである。
【００３０】図５において、横軸は経過時間、縦軸は閾
値電圧の変化分である。図４と同様に図２を参照しなが
ら説明する。
値電圧の変化分である。図４と同様に図２を参照しなが
ら説明する。
【００３１】まず、熱処理後のガスセンサ８を、図２に
示すように容器６内に配置し、バルブ３は閉じ、バルブ
４のみを開いておく。この場合、容器６内は空気のみと
なり、このときのガスセンサ８の出力は、水素濃度が０
のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じであり、従
って、閾値電圧の変化分は０となる。
示すように容器６内に配置し、バルブ３は閉じ、バルブ
４のみを開いておく。この場合、容器６内は空気のみと
なり、このときのガスセンサ８の出力は、水素濃度が０
のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じであり、従
って、閾値電圧の変化分は０となる。
【００３２】次に、開始から５０分後にバルブ３も開
き、容器６内の水素が１ｐｐｍになるようにする。この
ときガスセンサ８の出力は図５に示すように急激に変化
し、水素１ｐｐｍに対応した出力を示すようになり、そ
のまま安定する。そして、開始から７０分後にバルブ３
のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、ガスセンサ
８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が０のときに
ガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。
き、容器６内の水素が１ｐｐｍになるようにする。この
ときガスセンサ８の出力は図５に示すように急激に変化
し、水素１ｐｐｍに対応した出力を示すようになり、そ
のまま安定する。そして、開始から７０分後にバルブ３
のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、ガスセンサ
８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が０のときに
ガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。
【００３３】次に、開始から１００分後にバルブ３を開
き、容器６内の水素が１０ｐｐｍになるようにする。こ
のときガスセンサ８の出力は図５に示すように急激に変
化し、水素１０ｐｐｍに対応した出力を示すようにな
り、そのまま安定する。そして、開始から１２０分後に
バルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、ガ
スセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が０
のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。
き、容器６内の水素が１０ｐｐｍになるようにする。こ
のときガスセンサ８の出力は図５に示すように急激に変
化し、水素１０ｐｐｍに対応した出力を示すようにな
り、そのまま安定する。そして、開始から１２０分後に
バルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、ガ
スセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が０
のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。
【００３４】次に、開始から１５０分後にバルブ３を開
き、容器６内の水素が１００ｐｐｍになるようにする。
このときガスセンサ８の出力は図５に示すように急激に
変化し、水素１００ｐｐｍに対応した出力を示すように
なり、そのまま安定する。そして、開始から１７０分後
にバルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、
ガスセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が
０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。
き、容器６内の水素が１００ｐｐｍになるようにする。
このときガスセンサ８の出力は図５に示すように急激に
変化し、水素１００ｐｐｍに対応した出力を示すように
なり、そのまま安定する。そして、開始から１７０分後
にバルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにすると、
ガスセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素濃度が
０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じになる。
【００３５】次に、開始から２００分後にバルブ３を開
き、容器６内の水素が１０００ｐｐｍになるようにす
る。このときガスセンサ８の出力は図５に示すように急
激に変化し、水素１０００ｐｐｍに対応した出力を示す
ようになり、そのまま安定する。そして、開始から２２
０分後にバルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにす
ると、ガスセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素
濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じに
なる。
き、容器６内の水素が１０００ｐｐｍになるようにす
る。このときガスセンサ８の出力は図５に示すように急
激に変化し、水素１０００ｐｐｍに対応した出力を示す
ようになり、そのまま安定する。そして、開始から２２
０分後にバルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみにす
ると、ガスセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水素
濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じに
なる。
【００３６】次に、開始から２５０分後にバルブ３を開
き、容器６内の水素が１００００ｐｐｍになるようにす
る。このときガスセンサ８の出力は図５に示すように急
激に変化し、水素１００００ｐｐｍに対応した出力を示
すようになり、そのまま安定する。そして、開始から２
７０分後にバルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみに
すると、ガスセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水
素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じ
になる。
き、容器６内の水素が１００００ｐｐｍになるようにす
る。このときガスセンサ８の出力は図５に示すように急
激に変化し、水素１００００ｐｐｍに対応した出力を示
すようになり、そのまま安定する。そして、開始から２
７０分後にバルブ３のみを閉じ、容器６内を空気のみに
すると、ガスセンサ８の出力はやはり急激に変化し、水
素濃度が０のときにガスセンサ８が示す閾値電圧と同じ
になる。
【００３７】以上説明したように、熱処理後のガスセン
サ８は、応答性よく、水素濃度に応じた閾値電圧を示
す。
サ８は、応答性よく、水素濃度に応じた閾値電圧を示
す。
【００３８】図５のようにして閾値電圧の変化分が得ら
れたならば、従来から知られて理論的な演算式である数
１を用いてガス濃度を求めることができる。
れたならば、従来から知られて理論的な演算式である数
１を用いてガス濃度を求めることができる。
【００３９】
【数１】 数１において、Ｄは求めるガス濃度、ΔＶはガス濃度が
Ｄのときの閾値電圧の変化分、ΔＶMAX はガス濃度が１
００％のときの閾値電圧の変化分、Ｄ0 は閾値電圧がΔ
ＶMAX の１／２となるガス濃度である。
Ｄのときの閾値電圧の変化分、ΔＶMAX はガス濃度が１
００％のときの閾値電圧の変化分、Ｄ0 は閾値電圧がΔ
ＶMAX の１／２となるガス濃度である。
【００４０】Ｄ0 およびΔＶMAX を予め求めておけば、
数１によって、閾値電圧の変化分ΔＶからそのときのガ
ス濃度Ｄを求めることができる。
数１によって、閾値電圧の変化分ΔＶからそのときのガ
ス濃度Ｄを求めることができる。
【００４１】ところで、数１におけるパラメータすなわ
ちＤ0 およびΔＶMAX を求める（以下「センサの校正」
ともいう）際は、パラメータが２つであるため、校正し
たいガスセンサを用いて第１の所定のガス濃度における
閾値電圧の変化分を求めるとともに第２の所定のガス濃
度における閾値電圧の変化分を求めるというように、２
つのポイントのデータを得なければ、パラメータを確定
させることができない。ところが、本発明によるガスセ
ンサでは、センサのサイズが一定であればＤ0は常に一
定であるので、センサの校正の際に予め求めるべきパラ
メータはΔＶMAX だけとなる。このことによって、１つ
のポイントのデータを得るだけでセンサの校正が行える
ようになる。特に、水素が１００％の状態で閾値電圧の
変化分を求めれば、そのままΔＶMAX を求めることがで
き、センサの校正が完了する。
ちＤ0 およびΔＶMAX を求める（以下「センサの校正」
ともいう）際は、パラメータが２つであるため、校正し
たいガスセンサを用いて第１の所定のガス濃度における
閾値電圧の変化分を求めるとともに第２の所定のガス濃
度における閾値電圧の変化分を求めるというように、２
つのポイントのデータを得なければ、パラメータを確定
させることができない。ところが、本発明によるガスセ
ンサでは、センサのサイズが一定であればＤ0は常に一
定であるので、センサの校正の際に予め求めるべきパラ
メータはΔＶMAX だけとなる。このことによって、１つ
のポイントのデータを得るだけでセンサの校正が行える
ようになる。特に、水素が１００％の状態で閾値電圧の
変化分を求めれば、そのままΔＶMAX を求めることがで
き、センサの校正が完了する。
【００４２】図６は本発明の別の実施の形態によるガス
センサの構造を示す図である。
センサの構造を示す図である。
【００４３】本実施の形態はＭＯＳダイオードを用いた
ガスセンサであり、図６において、ガスセンサ２５は、
基板２６上に絶縁層２７が形成され、さらに上部にゲー
ト電極２８が形成されて成る。基板２６としてはたとえ
ばＳｉ基板が、絶縁層２７としてはたとえばＳｉＯ2
が、ゲート電極２８としてはたとえばＰｄがそれぞれ用
いられる。ただし、本発明はこれに限定されるものでは
なく、たとえば、絶縁層２７としてＳｉ3 Ｎ4 等を用い
たＭＩＳダイオードにも適用され、ゲート電極２８とし
てはＰｔ、Ｉｒ等を用いてもよい。また、本実施の形態
でもガスセンサ２５は水素を検出するセンサであるとし
て説明する。
ガスセンサであり、図６において、ガスセンサ２５は、
基板２６上に絶縁層２７が形成され、さらに上部にゲー
ト電極２８が形成されて成る。基板２６としてはたとえ
ばＳｉ基板が、絶縁層２７としてはたとえばＳｉＯ2
が、ゲート電極２８としてはたとえばＰｄがそれぞれ用
いられる。ただし、本発明はこれに限定されるものでは
なく、たとえば、絶縁層２７としてＳｉ3 Ｎ4 等を用い
たＭＩＳダイオードにも適用され、ゲート電極２８とし
てはＰｔ、Ｉｒ等を用いてもよい。また、本実施の形態
でもガスセンサ２５は水素を検出するセンサであるとし
て説明する。
【００４４】ガスセンサ２５は、雰囲気中のガスたとえ
ばＨ2 の濃度に応じて、そのフラットバンド電圧が変化
するものであり、図６に示すように接続することによ
り、インピーダンス測定器２９によってガスセンサ２８
のＣ−Ｖ特性を検出することができる。すなわち、本実
施の形態では図２に示したセンサ測定装置１０としてイ
ンピーダンス測定器２９を用いる。
ばＨ2 の濃度に応じて、そのフラットバンド電圧が変化
するものであり、図６に示すように接続することによ
り、インピーダンス測定器２９によってガスセンサ２８
のＣ−Ｖ特性を検出することができる。すなわち、本実
施の形態では図２に示したセンサ測定装置１０としてイ
ンピーダンス測定器２９を用いる。
【００４５】ＭＯＳダイオードはゲート電圧ＶG に応じ
て静電容量が変化するものであり、フラットバンド電圧
とは、ＭＯＳダイオードの最大静電容量ＣMAX と最小静
電容量ＣMIN の中間の静電容量をＭＯＳダイオードが示
す際のゲート電圧ＶG をいう。このフラットバンド電圧
は雰囲気中のガスの濃度に応じて変化するものであり、
本実施の形態では、先に示した実施の形態における閾値
電圧の変化分をフラットバンド電圧の変化分と読み替え
て数１を適用することができる。ここで、フラットバン
ド電圧の変化分とは、水素濃度が０のときにガスセンサ
２５が示すフラットバンド電圧からの差分の電圧をい
う。
て静電容量が変化するものであり、フラットバンド電圧
とは、ＭＯＳダイオードの最大静電容量ＣMAX と最小静
電容量ＣMIN の中間の静電容量をＭＯＳダイオードが示
す際のゲート電圧ＶG をいう。このフラットバンド電圧
は雰囲気中のガスの濃度に応じて変化するものであり、
本実施の形態では、先に示した実施の形態における閾値
電圧の変化分をフラットバンド電圧の変化分と読み替え
て数１を適用することができる。ここで、フラットバン
ド電圧の変化分とは、水素濃度が０のときにガスセンサ
２５が示すフラットバンド電圧からの差分の電圧をい
う。
【００４６】本実施の形態によるガスセンサも、先に示
した実施の形態におけるガスセンサ８と同様に、図６に
示した構造に製作したガスセンサ２５に熱処理を施すこ
とによって完成する。熱処理の条件やその効果等は先に
示した実施の形態と同様なので説明を省略する。
した実施の形態におけるガスセンサ８と同様に、図６に
示した構造に製作したガスセンサ２５に熱処理を施すこ
とによって完成する。熱処理の条件やその効果等は先に
示した実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガス濃度を求めるための理論的な演算式を適用できる理
想的な特性を有するガスセンサを提供することができ
る。
ガス濃度を求めるための理論的な演算式を適用できる理
想的な特性を有するガスセンサを提供することができ
る。
【００４８】また、本発明によれば、簡単な演算式でか
つ精度よくガス濃度を求めることができる。
つ精度よくガス濃度を求めることができる。
【００４９】また、本発明によれば、１つのポイントの
データを得るだけでセンサの校正を行うことができると
いう効果もある。
データを得るだけでセンサの校正を行うことができると
いう効果もある。
【図１】本発明の一実施の形態によるガスセンサの構造
を示す図であり、（ａ）はガスセンサの断面図であり、
（ｂ）はガスセンサから出力を得るための接続図であ
る。
を示す図であり、（ａ）はガスセンサの断面図であり、
（ｂ）はガスセンサから出力を得るための接続図であ
る。
【図２】図１（ａ）に示したガスセンサに熱処理を施す
装置の一例のブロック図である。
装置の一例のブロック図である。
【図３】図１（ａ）に示したガスセンサのゲート電極の
様子を拡大して模式的に示した断面図であり、（ａ）熱
処理前の様子、（ｂ）は熱処理後の様子を示す。
様子を拡大して模式的に示した断面図であり、（ａ）熱
処理前の様子、（ｂ）は熱処理後の様子を示す。
【図４】図１に示したガスセンサによる水素濃度の検出
結果を示すグラフであり、熱処理の前後を比較する図で
ある。
結果を示すグラフであり、熱処理の前後を比較する図で
ある。
【図５】熱処理後のガスセンサ８による水素濃度の検出
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図６】本発明の別の実施の形態によるガスセンサの構
造を示す図である。
造を示す図である。
１、２ マスフローコントローラ ３、４ バルブ ５ ミキサ ６ 容器 ７ ヒータ ８ ガスセンサ ９ ヒータ電源 １０ センサ測定装置 １１ ガスクロマトグラフ １６ 基板 １７ ドレイン領域 １８ ソース領域 １９ 絶縁層 ２０ ゲート電極 ２１ ドレイン電極 ２２ ソース電極
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体を用いたガスセンサにおいて、基
板上の絶縁層上に形成したガス感応膜であるゲート電極
を加工し、前記絶縁層が部分的に露出するようにしたこ
とを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項２】 前記ゲート電極を加工するためにエッチ
ング処理を施して成ることを特徴とする請求項１に記載
のガスセンサ。 - 【請求項３】 前記エッチング処理が水素を含有する気
体中における熱処理であることを特徴とする請求項２に
記載のガスセンサ。 - 【請求項４】 前記半導体がＭＩＳＦＥＴである請求項
１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。 - 【請求項５】 前記半導体がＭＩＳダイオードである請
求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。 - 【請求項６】 前記ゲート電極がＰｄである請求項１な
いし５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31684195A JPH09159633A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31684195A JPH09159633A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09159633A true JPH09159633A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18081519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31684195A Withdrawn JPH09159633A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09159633A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009042213A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-26 | National Institute For Materials Science | ガスセンサー素子 |
| WO2011055605A1 (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | 株式会社日立製作所 | ガスセンサ |
| US11156576B2 (en) | 2015-06-30 | 2021-10-26 | Fujitsu Limited | Gas sensor and method of using the same |
-
1995
- 1995-12-05 JP JP31684195A patent/JPH09159633A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009042213A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-26 | National Institute For Materials Science | ガスセンサー素子 |
| WO2011055605A1 (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | 株式会社日立製作所 | ガスセンサ |
| JP5524234B2 (ja) * | 2009-11-06 | 2014-06-18 | 株式会社日立製作所 | ガスセンサ |
| US9228973B2 (en) | 2009-11-06 | 2016-01-05 | Hitachi, Ltd. | Gas sensor |
| US11156576B2 (en) | 2015-06-30 | 2021-10-26 | Fujitsu Limited | Gas sensor and method of using the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030304 |