JPH10197476A - Limiting current-type oxygen sensor - Google Patents

Limiting current-type oxygen sensor

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JPH10197476A
JPH10197476A JP8358703A JP35870396A JPH10197476A JP H10197476 A JPH10197476 A JP H10197476A JP 8358703 A JP8358703 A JP 8358703A JP 35870396 A JP35870396 A JP 35870396A JP H10197476 A JPH10197476 A JP H10197476A
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JP
Japan
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solid electrolyte
electrolyte layer
layer
substrate
oxygen sensor
Prior art date
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Application number
JP8358703A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Nakao
知 中尾
Masahiro Satou
昌啓 佐藤
Akito Kurosaka
昭人 黒坂
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a limiting current-type oxygen sensor which can be mass- produced through a simple manufacturing process and can be easily compounded with a peripheral circuit, etc. SOLUTION: A limiting-current type oxygen sensor is composed of a cathode 31 formed on a substrate 10, a solid-state electrolyte layer 20 having a columnar crystal structure, and an anode 32 formed on the layer 20. Since columnar crystals are formed in the columnar crystal structure of the electrolyte layer 20, gaps elongated in the thickness direction of the layer 20 are formed between the crystal grains and oxygen on the surface side is introduced to the cathode 31 through the gaps. Therefore, the electrolyte layer 20 functions as an ionic conductor and a diffusion controlled layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、環境モニタや酸
欠警報器あるいはボイラやエンジン等の燃焼制御等に用
いられる限界電流式酸素センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor used for an environmental monitor, an oxygen deficiency alarm, a combustion control of a boiler, an engine or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】限界電流式酸素センサは、酸素イオンを
輸送するたとえば安定化ジルコニアからなる固体電解質
と、酸素の供給を制限しイオンの輸送を律速するガス拡
散律速部とからなる。実用化されている限界電流式酸素
センサは、図4に示すように、固体電解質板22の両面
に電極層(カソード、アノード)31、32を形成し、
カソード31を、酸素を拡散させるための細い拡散孔4
1を設けたセラミックのキャップ40で被った構造とな
っている。アノード32、カソード31間に電圧を印加
すると、カソード31と固体電解質板22との境界面で
雰囲気中の酸素ガスがイオン化されて酸素イオンを生じ
る。酸素イオンは電圧勾配にしたがって固体電解質板2
2内をアノード32に向かって輸送され、アノード32
で再びガス化する。このとき、アノード32、カソード
31間には、酸素イオンの輸送量に対応した電流が流れ
る。
2. Description of the Related Art A limiting current type oxygen sensor comprises a solid electrolyte made of, for example, stabilized zirconia for transporting oxygen ions, and a gas diffusion rate limiting portion for limiting oxygen supply and controlling ion transport. As shown in FIG. 4, the limiting current type oxygen sensor that is put into practical use has electrode layers (cathode, anode) 31 and 32 formed on both surfaces of a solid electrolyte plate 22,
The cathode 31 is provided with thin diffusion holes 4 for diffusing oxygen.
1 is covered with a ceramic cap 40 provided. When a voltage is applied between the anode 32 and the cathode 31, oxygen gas in the atmosphere is ionized at the interface between the cathode 31 and the solid electrolyte plate 22 to generate oxygen ions. Oxygen ions are supplied to the solid electrolyte plate 2 according to the voltage gradient.
2 is transported toward the anode 32 and the anode 32
Gasifies again. At this time, a current flows between the anode 32 and the cathode 31 according to the transport amount of oxygen ions.

【0003】この電流は印加電圧が高いほど、および雰
囲気中の酸素濃度が高いほど、大きなものとなるが、カ
ソード31を上記のようにキャップ40で覆って雰囲気
ガスの供給量を制限すると、この電流は電圧によらず雰
囲気の酸素濃度にのみ依存するようになる。すなわち、
固体電解質板22の酸素イオン輸送能力に比べカソード
31に流入する酸素の量が少ないとき、流れる電流はカ
ソード31を被覆しているキャップ40の拡散孔41で
の酸素ガス通過速度によって律速される。このような構
造の限界電流式酸素センサは、長期間にわたって安定で
信頼性が高いという特徴を持っているため、精密な酸素
濃度分析計などに用いられている。
The current increases as the applied voltage increases and the oxygen concentration in the atmosphere increases. However, when the cathode 31 is covered with the cap 40 as described above and the supply amount of the atmosphere gas is restricted, the current increases. The current depends only on the oxygen concentration of the atmosphere without depending on the voltage. That is,
When the amount of oxygen flowing into the cathode 31 is smaller than the oxygen ion transport capacity of the solid electrolyte plate 22, the flowing current is limited by the oxygen gas passing speed through the diffusion hole 41 of the cap 40 covering the cathode 31. The limiting current type oxygen sensor having such a structure has a feature of being stable and highly reliable for a long period of time, and is therefore used for a precision oxygen concentration analyzer and the like.

【0004】また、近年、半導体製造に用いられてきた
薄膜や厚膜の製造技術を応用して量産性に優れた構造の
限界電流式酸素センサがいくつか提案されるに至ってい
る。その代表的なものとして図5に示すような、通気性
を持ったポーラス基板11上にカソード31、固体電解
質層23、アノード32を順次積層し、周囲をガス遮蔽
膜12で被ったものが知られている(特開平5−221
77号公報)。これによると、ポーラス基板11を通過
するガスの量が律速となり、限界電流を示す。
In recent years, several limiting current type oxygen sensors having a structure excellent in mass productivity have been proposed by applying thin film or thick film manufacturing techniques used in semiconductor manufacturing. As a typical example, as shown in FIG. 5, a cathode 31, a solid electrolyte layer 23, and an anode 32 are sequentially laminated on a porous substrate 11 having air permeability, and the surroundings are covered with a gas shielding film 12. (Japanese Patent Laid-Open No. 5-221)
No. 77). According to this, the amount of gas passing through the porous substrate 11 becomes rate-determining and indicates a limiting current.

【0005】さらに、図6に示すように、まずシリコン
など緻密な基板13の上に多孔質層14を設け、その上
にカソード31、固体電解質層23、アノード32を順
次積層し、周囲をガス遮蔽膜12で被い、その後、基板
13の裏面側の一部をエッチングして除去し多孔質層1
4に到達する貫通孔15を設けたり、あるいは図示しな
いが多孔質層14の一部からガスを導入する構造も提案
されている。
Further, as shown in FIG. 6, first, a porous layer 14 is provided on a dense substrate 13 such as silicon, and a cathode 31, a solid electrolyte layer 23 and an anode 32 are sequentially laminated thereon, and the surroundings are gaseous. After covering with the shielding film 12, a part of the back surface side of the substrate 13 is removed by etching to remove the porous layer 1.
There is also proposed a structure in which a through-hole 15 reaching the nozzle 4 is provided, or a gas is introduced from a part of the porous layer 14 (not shown).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来よ
り実用化されている限界電流式酸素センサ(図4)は、
チップの1個1個について加工・組み立てを行うため大
量生産が難しく、製造コストが高くて、その用途が限ら
れているという問題がある。
However, the limiting current type oxygen sensor (FIG. 4) which has been put into practical use conventionally is as follows.
Since each chip is processed and assembled, mass production is difficult, the production cost is high, and its use is limited.

【0007】また、図5に示すような限界電流式酸素セ
ンサでは、通気性を持ったポーラスな基板が必要である
が、このようなポーラス基板は高価であり、しかも種類
が限定される。とくに近年の半導体センサに見られるよ
うな増幅、判断、補償等の周辺回路を同一基板上に形成
することが困難である。また、洗浄工程やフォトレジス
ト工程を用いた場合、現像段階でポーラス基板の気孔部
に付着した不純物を除去することが難しく、膜の剥離や
イオン伝導特性の劣化を生じる。
A limiting current type oxygen sensor as shown in FIG. 5 requires a porous substrate having air permeability, but such a porous substrate is expensive and its type is limited. In particular, it is difficult to form peripheral circuits for amplification, judgment, compensation, etc., which are found in recent semiconductor sensors, on the same substrate. In addition, when a cleaning step or a photoresist step is used, it is difficult to remove impurities adhered to the pores of the porous substrate in a developing step, and peeling of the film and deterioration of ion conduction characteristics occur.

【0008】さらに、図6に示す限界電流式酸素センサ
は、ポーラス基板のこのような問題から逃れるためのも
のであるが、パターン形成や異方性エッチングなどの高
度で複雑な工程を必要とするし、積層数が増えて全体の
工程が複雑になる欠点がある。
Further, the limiting current type oxygen sensor shown in FIG. 6 is for avoiding such a problem of the porous substrate, but requires sophisticated and complicated steps such as pattern formation and anisotropic etching. However, there is a disadvantage that the number of layers increases and the entire process becomes complicated.

【0009】この発明は、上記に鑑み、通気性のあるポ
ーラス基板を用いることの問題を回避し、電極や固体電
解質層以外に拡散律速のための層を付加することがなく
て、製造工程が少なく簡単で大量生産に適しており、し
かも周辺回路や他のセンサなどとの複合化も容易な、限
界電流式酸素センサを提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention avoids the problem of using a porous substrate having air permeability, and does not add a layer for controlling the diffusion other than the electrodes and the solid electrolyte layer. It is an object of the present invention to provide a limiting current type oxygen sensor which is small and simple, is suitable for mass production, and can be easily integrated with peripheral circuits and other sensors.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1記載の発明による限界電流式酸素センサに
おいては、通気性のない緻密な基板と、該基板上に形成
された下部電極層と、該下部電極層を覆うよう形成され
た通気性を有する酸素イオン導電性の固体電解質層と、
該固体電解質層の上に設けられた上部電極層とが備えら
れることが特徴となっている。
In order to achieve the above object, in a limiting current type oxygen sensor according to the present invention, a dense substrate having no air permeability and a lower electrode formed on the substrate are provided. Layer, a gas-permeable oxygen ion conductive solid electrolyte layer formed to cover the lower electrode layer,
And an upper electrode layer provided on the solid electrolyte layer.

【0011】そして、請求項2記載の発明のように、通
気性を有する酸素イオン導電性の固体電解質層は、柱状
または板状の結晶構造の固体電解質層で形成するように
してもよい。
The oxygen ion conductive solid electrolyte layer having air permeability may be formed of a columnar or plate-like solid electrolyte layer as in the second aspect of the present invention.

【0012】下部電極層を覆うよう酸素イオン導電性の
固体電解質層が形成され、この固体電解質層は、通気性
を持たされたものとなっている。すなわち、表面側の酸
素ガスが、通気性のある固体電解質層を通じて、下部電
極層に到達し、イオン化される。その酸素イオンが固体
電解質層内を表面側に輸送され、表面側の上部電極層で
ガス化される。このように、固体電解質層がイオン導電
体層として機能するだけでなく、ガス拡散律速層として
も機能する。そのため、通気性のあるポーラス基板を用
いる必要がなくなり、その問題を回避できる。また、製
造工程が少なくて簡単であり、大量生産に適している。
さらに、周辺回路や他のセンサなどとの複合化も容易で
ある。
An oxygen ion conductive solid electrolyte layer is formed so as to cover the lower electrode layer, and this solid electrolyte layer has air permeability. That is, the oxygen gas on the surface side reaches the lower electrode layer through the permeable solid electrolyte layer and is ionized. The oxygen ions are transported to the surface side in the solid electrolyte layer, and are gasified by the upper electrode layer on the surface side. As described above, the solid electrolyte layer functions not only as an ion conductor layer but also as a gas diffusion rate-controlling layer. Therefore, it is not necessary to use a porous substrate having air permeability, and the problem can be avoided. In addition, the number of manufacturing steps is small and simple, which is suitable for mass production.
Furthermore, it is easy to combine with peripheral circuits and other sensors.

【0013】通気性を有する酸素イオン導電性の固体電
解質層として、柱状または板状の結晶構造の固体電解質
層で形成する場合は、たとえばRFスパッタ法などによ
って簡単・容易に作製可能である。このような柱状また
は板状の結晶構造の固体電解質層では、その柱状または
板状の結晶粒子が膜面に直角に成長するためのそれら結
晶粒子の間の隙間が上下方向(膜厚方向)に伸びてい
て、膜厚方向に通気性を有するものとなっている。な
お、この明細書で「膜」と「層」の語を用いているが、
これらは薄い膜または薄い層を意味し、同じ意味に使用
されている。この膜厚方向の隙間を通じて、表面側の酸
素ガスが、固体電解質層に覆われた下部電極層にまで導
かれ、イオン化される。その酸素イオンは、結晶粒子の
内部を通って膜面に直角に上部電極層へと輸送され、そ
こでガス化され、表面側へ排出される。この結晶粒子の
隙間が拡散律速用の孔となっているため、固体電解質層
がイオン導電体層として機能するだけでなく、ガス拡散
律速層としても機能することになる。
When the oxygen-conductive solid electrolyte layer having gas permeability is formed of a solid electrolyte layer having a columnar or plate-like crystal structure, the solid electrolyte layer can be easily and easily manufactured by, for example, an RF sputtering method. In such a solid electrolyte layer having a columnar or plate-like crystal structure, a gap between the columnar or plate-like crystal particles to grow at right angles to a film surface is formed in a vertical direction (film thickness direction). It is stretched and has air permeability in the film thickness direction. Although the terms “film” and “layer” are used in this specification,
These mean thin films or thin layers and are used interchangeably. Through this gap in the film thickness direction, the oxygen gas on the surface side is guided to the lower electrode layer covered with the solid electrolyte layer and ionized. The oxygen ions are transported to the upper electrode layer at right angles to the film surface through the inside of the crystal grains, where they are gasified and discharged to the surface side. Since the gaps between the crystal grains serve as diffusion controlling holes, the solid electrolyte layer functions not only as an ionic conductor layer but also as a gas diffusion controlling layer.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図1におい
て、この発明による限界電流式酸素センサは、通気性の
ない緻密な基板10の表面にカソード(下部電極層)3
1を形成し、さらにこれを覆うように通気性を有する酸
素イオン導電性の固体電解質層20を形成した後、この
固体電解質層20の上にアノード(上部電極層)32を
設けてなる。図示していないが、基板10の裏面にはヒ
ーターパターンが形成されており、裏面から均一に加熱
されるようになっている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, a limiting current type oxygen sensor according to the present invention includes a cathode (lower electrode layer) 3 on the surface of a dense substrate 10 having no air permeability.
1 is formed, an oxygen ion conductive solid electrolyte layer 20 having air permeability is formed so as to cover the solid electrolyte layer 1, and then an anode (upper electrode layer) 32 is provided on the solid electrolyte layer 20. Although not shown, a heater pattern is formed on the back surface of the substrate 10 so that the substrate 10 is uniformly heated from the back surface.

【0015】基板10としては、ここでは耐熱性と機械
的強度に優れた緻密なアルミナ基板を用いている。第1
の工程として、この基板10上にPtをスパッタし、そ
の後フォトリソ技術を用いてカソード31とそれにつな
がるリード部(図示しない)のパターンを形成した。
As the substrate 10, a dense alumina substrate having excellent heat resistance and mechanical strength is used. First
In this step, Pt was sputtered on the substrate 10, and then a pattern of a cathode 31 and a lead portion (not shown) connected to the cathode 31 was formed by using a photolithography technique.

【0016】なお、基板10としては、同様に耐熱性と
機械的強度に優れている、炭化珪素、窒化珪素、窒化ア
ルミ、窒化チタン、炭化ホウ素、酸化チタン、安定化ジ
ルコニア、マグネシア、ベリリア、チタン酸バリウム、
チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン
酸カリウムなどの耐熱性セラミック、およびこれらをコ
ートしたホーロー材や、ダイヤモンド、サファイア、水
晶、スピネル、ルチル、ニオブ酸リチウム、タンタル酸
リチウム、シリコン、ガリウムヒ素、硫化亜鉛、カドミ
ウムテルルなどの単結晶、または種々のガラス基板など
を用いることができる。電極層31(および32)につ
いても、耐熱材であるPtやPt−Rh以外にPt−P
d、Pt−Agなどいくつかの材料を用いることが可能
である。電極層31(32)の形成方法は、上記のよう
なスパッタ法のみならず、真空蒸着、イオンプレーティ
ングなどの物理蒸着法や、CVD法のような化学的な薄
膜形成法、あるいは、プラズマ溶射、印刷、スピンコー
トなどの厚膜作製プロセスを採用できる。
The substrate 10 is made of silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, titanium nitride, boron carbide, titanium oxide, stabilized zirconia, magnesia, beryllia, titanium, which is also excellent in heat resistance and mechanical strength. Barium acid,
Heat-resistant ceramics such as strontium titanate, calcium titanate and potassium titanate, and enamel materials coated with these, diamond, sapphire, quartz, spinel, rutile, lithium niobate, lithium tantalate, silicon, gallium arsenide, sulfide A single crystal of zinc, cadmium tellurium, or the like, various kinds of glass substrates, or the like can be used. The electrode layer 31 (and 32) is also made of Pt-P in addition to Pt and Pt-Rh which are heat-resistant materials.
Several materials such as d and Pt-Ag can be used. The method of forming the electrode layers 31 (32) is not limited to the sputtering method as described above, but also includes a physical vapor deposition method such as vacuum deposition and ion plating, a chemical thin film forming method such as a CVD method, or plasma spraying. A thick film manufacturing process such as printing, spin coating, or the like can be employed.

【0017】つぎに第2の工程として、カソード31を
覆うように酸素イオン導電性を有するイットリア部分安
定化ジルコニア固体電解質層20を形成する。これには
RFスパッタ法を用い、10%酸素入アルゴンガスをス
パッタガスとしている。この固体電解質層20に上下方
向(膜厚方向つまり表面からカソード31への方向)に
通気性を持たせるため、基板10の温度を低く保ち、低
圧力でスパッタすることにより、柱状または板状結晶構
造で膜成長するようにしている。たとえば、基板10は
基板ホルダを介して水冷して成膜中の温度上昇を抑え、
スパッタガスの圧力は10mTorrとした。このスパ
ッタガス圧力は、1mTorr〜20mTorrの範囲
で変化させて、センサに要求される測定酸素濃度の仕様
に合わせるようにする。膜厚も酸素通過量と関係する
が、この膜成長条件では、測定酸素濃度20%付近での
最適膜厚は10μm〜20μm、同5%付近では5μm
〜10μmの範囲であった。
Next, as a second step, a yttria partially stabilized zirconia solid electrolyte layer 20 having oxygen ion conductivity is formed so as to cover the cathode 31. For this, an RF gas sputtering method is used, and an argon gas containing 10% oxygen is used as a sputtering gas. In order to allow the solid electrolyte layer 20 to have air permeability in the vertical direction (in the direction of the film thickness, that is, in the direction from the surface to the cathode 31), the temperature of the substrate 10 is kept low and the columnar or plate-like crystal is formed by sputtering at a low pressure. The film grows in a structure. For example, the substrate 10 is water-cooled via a substrate holder to suppress a temperature rise during film formation.
The pressure of the sputtering gas was 10 mTorr. The sputter gas pressure is changed in the range of 1 mTorr to 20 mTorr so as to conform to the specification of the measured oxygen concentration required for the sensor. The film thickness is also related to the amount of passed oxygen. Under these film growth conditions, the optimum film thickness is around 10 μm to 20 μm when the measured oxygen concentration is around 20%, and 5 μm around 5%.
〜1010 μm.

【0018】第3の工程として、カソード31と同様の
方法を用いて基板10およびジルコニア固体電解質層2
0の上にPt膜を形成してアノード32を作った。この
膜厚を0.1μm〜1μmの間とすることにより、適度
な通気性と導電性を持った電極層32を得ることができ
る。
In the third step, the substrate 10 and the zirconia solid electrolyte layer 2 are formed in the same manner as the cathode 31.
An anode 32 was formed by forming a Pt film on the anode 0. By setting the film thickness between 0.1 μm and 1 μm, the electrode layer 32 having appropriate air permeability and conductivity can be obtained.

【0019】ここでは、これらの電極層31、32のパ
ターン作製法として、フォトリソ法の一つであるリフト
オフ法を適用している。リフトオフ法では成膜前の基板
等の上にレジストを用いてマスキングしておき、その上
に電極材を成膜した後、レジストごとマスキング部を除
去する。この場合従来(図5)のようにポーラス基板を
用いるとレジストが基板の細孔にまで侵入し、現像を行
ってもレジストの残留物が除去されにくい欠点があるの
であるが、上記のように緻密な基板10を用いると、蛍
光顕微鏡による観察では残留レジストによる蛍光は見ら
れなかった(ポーラス基板ではその一部に蛍光が観察さ
れ、このように残留レジストがある場合にその上に膜を
積層すると、以後の工程でその膜が剥離したりすること
があり、またセンサ特性の経時変化の原因になる)。
Here, a lift-off method, which is one of the photolithographic methods, is applied as a method for forming the patterns of the electrode layers 31 and 32. In the lift-off method, masking is performed using a resist on a substrate or the like before film formation, and after forming an electrode material thereon, the masking portion together with the resist is removed. In this case, when a porous substrate is used as in the conventional case (FIG. 5), the resist penetrates into the pores of the substrate, and there is a disadvantage that the resist residue is difficult to be removed even when the development is performed. When the dense substrate 10 was used, no fluorescence due to the residual resist was observed under a fluorescence microscope (fluorescence was observed in a part of the porous substrate, and when there was such a residual resist, a film was laminated thereon). Then, the film may be peeled off in the subsequent steps, and this may cause a temporal change in sensor characteristics.)

【0020】こうして作成した限界電流式酸素センサ
は、基板10の裏面のヒーターパターンで加熱して動作
温度を450°〜600°としたときに、アノード32
・カソード31間印加電圧0.5V〜1.5Vで平坦な
限界電流領域を示した。印加電圧を1Vとしたとき、そ
の出力電流は酸素濃度に依存して上昇し、良好な酸素セ
ンサ特性を示した。
The limiting current type oxygen sensor thus prepared is heated by a heater pattern on the back surface of the substrate 10 to set the anode 32 to an operating temperature of 450 ° to 600 °.
-A flat limit current region was shown when the applied voltage between the cathodes 31 was 0.5 V to 1.5 V. When the applied voltage was 1 V, the output current increased depending on the oxygen concentration, showing good oxygen sensor characteristics.

【0021】これは固体電解質層20が拡散律速層とし
て機能したことを示している。すなわち、柱状または柱
状結晶構造のイットリア部分安定化ジルコニア固体電解
質層20は、拡大してみると、図2および図3に示すよ
うな構造になっている(図2は側面から見た断面図であ
り、図3は表面側から見たものである)。結晶粒子が柱
状または板状に膜厚方向に成長していくため、隣接する
粒子同士は密着するが一部に隙間21が生じ、その隙間
21は柱状または板状結晶構造のため膜厚方向に伸びて
おり、表面と内部のカソード31との間の通気孔とな
る。そこで、この隙間21を通じて表面側の酸素がカソ
ード31にまで導かれ、このカソード31でイオン化
し、柱状または板状の結晶粒子内を通って表面側に輸送
され表面側のアノード32で酸素ガス化する。この隙間
21が拡散律速用の孔として機能しているわけである。
This indicates that the solid electrolyte layer 20 functioned as a diffusion-controlling layer. That is, when the yttria partially stabilized zirconia solid electrolyte layer 20 having a columnar or columnar crystal structure is enlarged, it has a structure as shown in FIGS. 2 and 3 (FIG. 2 is a cross-sectional view as viewed from the side. And FIG. 3 is viewed from the front side). Since the crystal grains grow in a columnar or plate-like shape in the film thickness direction, adjacent particles are in close contact with each other, but a gap 21 is generated in a part thereof. It extends and provides a vent between the surface and the internal cathode 31. Then, oxygen on the front side is guided to the cathode 31 through the gap 21, ionized by the cathode 31, transported to the front side through the columnar or plate-like crystal grains, and oxygenated by the anode 32 on the front side. I do. This gap 21 functions as a hole for diffusion control.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の限界電
流式酸素センサは、通気性のない緻密な基板の上に2つ
の電極層と通気性のある固体電解質層とを順次成膜する
だけという簡単な工程で作製することができるので、製
造コストを低下させることができるとともに製造歩留ま
りを向上させることができ、大量生産可能である。さら
に、ポーラス基板を用いた場合の問題を回避し、酸素セ
ンサとしての性能を維持し信頼性を高めることができ
る。用いる基板はより多くの種類から選択可能であるた
め、広い範囲の用途に対応できるとともに、周辺回路や
他のセンサなどとの複合化も容易である。
As described above, in the limiting current type oxygen sensor of the present invention, two electrode layers and a permeable solid electrolyte layer are sequentially formed on a non-permeable dense substrate. Therefore, the manufacturing cost can be reduced, the manufacturing yield can be improved, and mass production is possible. Further, it is possible to avoid problems when a porous substrate is used, maintain performance as an oxygen sensor, and improve reliability. Since the substrate to be used can be selected from more types, it can be used in a wide range of applications and can be easily combined with peripheral circuits and other sensors.

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

【図1】この発明の実施の形態を示す概略的な断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】結晶構造を模式的に示す拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a crystal structure.

【図3】結晶構造を模式的に示す拡大平面図。FIG. 3 is an enlarged plan view schematically showing a crystal structure.

【図4】従来例を模式的に示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a conventional example.

【図5】他の従来例を模式的に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing another conventional example.

【図6】さらに別の従来例を模式的に示す断面図。FIG. 6 is a sectional view schematically showing still another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、13 緻密な基板 11 ポーラス基板 12 ガス遮断膜 14 多孔質層 15 貫通孔 20 柱状結晶構造固体電解質
層 21 隙間 22 固体電解質板 23 固体電解質層 31 カソード 32 アノード 40 キャップ 41 拡散孔
10, 13 Dense substrate 11 Porous substrate 12 Gas barrier film 14 Porous layer 15 Through hole 20 Columnar crystal structure solid electrolyte layer 21 Gap 22 Solid electrolyte plate 23 Solid electrolyte layer 31 Cathode 32 Anode 40 Cap 41 Diffusion hole

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 通気性のない緻密な基板と、該基板上に
形成された下部電極層と、該下部電極層を覆うよう形成
された通気性を有する酸素イオン導電性の固体電解質層
と、該固体電解質層の上に設けられた上部電極層とを備
えることを特徴とする限界電流式酸素センサ。
A dense substrate having no air permeability; a lower electrode layer formed on the substrate; a gas-permeable oxygen ion conductive solid electrolyte layer formed to cover the lower electrode layer; A limiting current type oxygen sensor, comprising: an upper electrode layer provided on the solid electrolyte layer.
【請求項2】 通気性を有する酸素イオン導電性の固体
電解質層は、柱状または板状の結晶構造の固体電解質層
であることを特徴とする請求項1記載の限界電流式酸素
センサ。
2. The limiting current type oxygen sensor according to claim 1, wherein the oxygen ion conductive solid electrolyte layer having air permeability is a solid electrolyte layer having a columnar or plate-like crystal structure.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016098372A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-23 ローム株式会社 Electrode for limiting current type gas sensors, method for producing same, limiting current type gas sensor, method for manufacturing limiting current type gas sensor, and sensor network system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016098372A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-23 ローム株式会社 Electrode for limiting current type gas sensors, method for producing same, limiting current type gas sensor, method for manufacturing limiting current type gas sensor, and sensor network system
JP2016114511A (en) * 2014-12-16 2016-06-23 ローム株式会社 Electrode for limiting current type gas sensor and method for manufacturing the same, limiting current type gas sensor and method for manufacturing the same, and sensor network system

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