JPH1082755A - 炭化水素ガスセンサ並びにその製造方法 - Google Patents
炭化水素ガスセンサ並びにその製造方法Info
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- JPH1082755A JPH1082755A JP9212971A JP21297197A JPH1082755A JP H1082755 A JPH1082755 A JP H1082755A JP 9212971 A JP9212971 A JP 9212971A JP 21297197 A JP21297197 A JP 21297197A JP H1082755 A JPH1082755 A JP H1082755A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 混合されている多種のガスのうち炭化水素ガ
スだけを効率よく選択して感知する炭化水素ガスセンサ
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上に形成された電極上に炭化水素ガ
スだけを感知する感知層を形成し、その感知層上に還元
性ガスと反応するオーバーコーティング層を形成する。 【作用】 多種のガスの中の還元性ガスはオーバーコー
ティング層で反応して除去され、残りのガス中の炭化水
素ガスだけが感知層で感知されて電極を介して出力す
る。
スだけを効率よく選択して感知する炭化水素ガスセンサ
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上に形成された電極上に炭化水素ガ
スだけを感知する感知層を形成し、その感知層上に還元
性ガスと反応するオーバーコーティング層を形成する。 【作用】 多種のガスの中の還元性ガスはオーバーコー
ティング層で反応して除去され、残りのガス中の炭化水
素ガスだけが感知層で感知されて電極を介して出力す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層膜型炭化水素
ガスセンサ(multi-layered hydrocarbon gas sensor)に
関し、具体的には可燃性ガスにのみ選択的に反応する多
層膜型炭化水素ガスセンサに関する。
ガスセンサ(multi-layered hydrocarbon gas sensor)に
関し、具体的には可燃性ガスにのみ選択的に反応する多
層膜型炭化水素ガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ガスセンサは、酸化物半導体を
感知材料として用いる半導体式ガスセンサや抵抗型ガス
センサと、パラジウムや白金等の触媒担体を用いる接触
燃焼式ガスセンサとの２種類に大別される。半導体式ガ
スセンサは主として一酸化炭素、水素、アルコール類等
の還元性ガスを感知用として、接触燃焼式ガスセンサは
主としてＬＮＧ、ＬＰＧ等の可燃性ガスを感知用として
用いている。
感知材料として用いる半導体式ガスセンサや抵抗型ガス
センサと、パラジウムや白金等の触媒担体を用いる接触
燃焼式ガスセンサとの２種類に大別される。半導体式ガ
スセンサは主として一酸化炭素、水素、アルコール類等
の還元性ガスを感知用として、接触燃焼式ガスセンサは
主としてＬＮＧ、ＬＰＧ等の可燃性ガスを感知用として
用いている。
【０００３】図１ａ及び図１ｂは代表的な半導体式ガス
センサの構造を概略的に示す図であり、特に図１ａは厚
膜型を、図１ｂはチューブ型をそれぞれ示す。図１ａに
示す厚膜型センサは、支持部を形成する基板１の一面に
センサを一定温度に加熱させるためのヒータ２が形成さ
れており、他面には所定の抵抗値を有する酸化物半導体
で形成される感知部３と、感知しようとするガスが前記
感知部３で反応したときに検出した検出信号を外部へ引
き出すための電極４とが形成されている。ヒータ２及び
電極４にはリードワイヤ（図示せず）が接続されてお
り、さらにセンサはパッケージ化されている。図１ｂに
示すのはチューブ型センサである。支持部を形成するチ
ューブ５内に所定の温度にセンサを加熱させるためのヒ
ータ６が配置されている。チューブ５の外表面に酸化物
半導体がコーティングされて感知部７が形成されてい
る。この感知部７は所定の抵抗値を有する。チューブ５
の両端側に感知部７に接続されて感知信号を引き出す電
極８が取り付けられており、ヒータ６と電極８にはそれ
ぞれリードワイヤ９、１０が接続されている。
センサの構造を概略的に示す図であり、特に図１ａは厚
膜型を、図１ｂはチューブ型をそれぞれ示す。図１ａに
示す厚膜型センサは、支持部を形成する基板１の一面に
センサを一定温度に加熱させるためのヒータ２が形成さ
れており、他面には所定の抵抗値を有する酸化物半導体
で形成される感知部３と、感知しようとするガスが前記
感知部３で反応したときに検出した検出信号を外部へ引
き出すための電極４とが形成されている。ヒータ２及び
電極４にはリードワイヤ（図示せず）が接続されてお
り、さらにセンサはパッケージ化されている。図１ｂに
示すのはチューブ型センサである。支持部を形成するチ
ューブ５内に所定の温度にセンサを加熱させるためのヒ
ータ６が配置されている。チューブ５の外表面に酸化物
半導体がコーティングされて感知部７が形成されてい
る。この感知部７は所定の抵抗値を有する。チューブ５
の両端側に感知部７に接続されて感知信号を引き出す電
極８が取り付けられており、ヒータ６と電極８にはそれ
ぞれリードワイヤ９、１０が接続されている。
【０００４】上記厚膜型ガスセンサは図２ａに示すよう
に接続されている。半導体式ガスセンサのヒータ２と感
知部３とには所定の電源が印加され、感知部３には抵抗
Ｒ1と可変抵抗ＶＲ0 が直列に接続されている。さらに
感知部３には抵抗Ｒ2 が並列に接続されている。これら
で検出回路を形成している。このようにして形成される
半導体式ガスセンサの作動は、まず、ヒータ２へ電流を
流して所定の温度（例えば、３００〜５００℃）に加熱
する。その状態で、酸化物半導体で形成された感知部３
の表面に酸素イオン（Ｏ- 又は Ｏ2-）が吸着して還元
性ガスＲと接触すると、下記化学式１のような化学反応
を起こして電子を生成させる。この、電子濃度の変動に
よって酸化物半導体の感知部３の抵抗が変化し、検出回
路の出力信号が変化する。それを出力端で検出してガス
を感知する。 化学式１ Ｏ- ＋ Ｒ → ＲＯ ＋ ｅ- 又は Ｏ2- ＋ Ｒ → ＲＯ ＋ ２ｅ-
に接続されている。半導体式ガスセンサのヒータ２と感
知部３とには所定の電源が印加され、感知部３には抵抗
Ｒ1と可変抵抗ＶＲ0 が直列に接続されている。さらに
感知部３には抵抗Ｒ2 が並列に接続されている。これら
で検出回路を形成している。このようにして形成される
半導体式ガスセンサの作動は、まず、ヒータ２へ電流を
流して所定の温度（例えば、３００〜５００℃）に加熱
する。その状態で、酸化物半導体で形成された感知部３
の表面に酸素イオン（Ｏ- 又は Ｏ2-）が吸着して還元
性ガスＲと接触すると、下記化学式１のような化学反応
を起こして電子を生成させる。この、電子濃度の変動に
よって酸化物半導体の感知部３の抵抗が変化し、検出回
路の出力信号が変化する。それを出力端で検出してガス
を感知する。 化学式１ Ｏ- ＋ Ｒ → ＲＯ ＋ ｅ- 又は Ｏ2- ＋ Ｒ → ＲＯ ＋ ２ｅ-
【０００５】図２ｂは、上記のチューブ型ガスセンサの
検出回路である。厚膜型ガスセンサのヒータ２、感知部
３を前記チューブ型ガスセンサのヒータ６及び感知部７
に代えたものである。以外の構成部分は両者が同一であ
るので、同じ引用符号をつけ、これに対する説明を省略
する。このチューブ型ガスセンサも、ヒータ６で例えば
３００〜４００℃の温度に感知部７を加熱すると、酸化
物半導体がコーティングされて形成された感知部７の表
面に吸着された酸素イオン（Ｏ- 又は Ｏ2-）が還元
性ガスＲと接触して前記化学式１のような化学反応を起
こして電子を生成するようになる。したがって、電子濃
度の変動にともなって感知部７の抵抗が変化し、これに
より検出回路の出力信号が変化して、ガス感知に相応す
る電気信号を生成するようになる。
検出回路である。厚膜型ガスセンサのヒータ２、感知部
３を前記チューブ型ガスセンサのヒータ６及び感知部７
に代えたものである。以外の構成部分は両者が同一であ
るので、同じ引用符号をつけ、これに対する説明を省略
する。このチューブ型ガスセンサも、ヒータ６で例えば
３００〜４００℃の温度に感知部７を加熱すると、酸化
物半導体がコーティングされて形成された感知部７の表
面に吸着された酸素イオン（Ｏ- 又は Ｏ2-）が還元
性ガスＲと接触して前記化学式１のような化学反応を起
こして電子を生成するようになる。したがって、電子濃
度の変動にともなって感知部７の抵抗が変化し、これに
より検出回路の出力信号が変化して、ガス感知に相応す
る電気信号を生成するようになる。
【０００６】一方、接触燃焼式は、触媒のある感知セン
サと触媒のない基準セルとが一対をなして構成されてい
る。ＬＮＧ、ＬＰＧのような可燃性ガスがほぼ３００〜
４００℃に加熱されている感知セルの表面に接触する
と、燃焼反応が起こって温度上昇が生じ、これによって
金属抵抗体（通常的には白金又はその合金）で制作され
た感知セルのヒータに流れる電流が、触媒のないため燃
焼反応がない基準セルのヒータに流れる電流に比べて相
対的に小さくなる。このように、ガスの燃焼熱をヒータ
の電流変化で感知することにより、一定濃度以上のガス
の有無を感知できる。
サと触媒のない基準セルとが一対をなして構成されてい
る。ＬＮＧ、ＬＰＧのような可燃性ガスがほぼ３００〜
４００℃に加熱されている感知セルの表面に接触する
と、燃焼反応が起こって温度上昇が生じ、これによって
金属抵抗体（通常的には白金又はその合金）で制作され
た感知セルのヒータに流れる電流が、触媒のないため燃
焼反応がない基準セルのヒータに流れる電流に比べて相
対的に小さくなる。このように、ガスの燃焼熱をヒータ
の電流変化で感知することにより、一定濃度以上のガス
の有無を感知できる。
【０００７】しかし、半導体式ガスセンサは、炭化水素
系ガスだけででなく他のガス、例えば一酸化炭素等の還
元性ガスにも作用し、炭化水素系ガスだけを選択して感
知するのが不可能であるため、誤動作が発生するという
欠点がある。また、接触燃焼式ガスセンサは、低濃度ガ
スに対しては感知し難いという欠点がある。
系ガスだけででなく他のガス、例えば一酸化炭素等の還
元性ガスにも作用し、炭化水素系ガスだけを選択して感
知するのが不可能であるため、誤動作が発生するという
欠点がある。また、接触燃焼式ガスセンサは、低濃度ガ
スに対しては感知し難いという欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、性質
の異なる多様なガス中に混入されている炭化水素系ガス
を効率よく選別して感知することができる炭化水素ガス
センサ並びにその製造方法を提供することである。本発
明の他の目的は、多種のガスのうち、炭化水素ガスだけ
を選別して感知でき、低濃度ガスも感知できる炭化水素
ガスセンサ並びにその製造方法を提供することである。
の異なる多様なガス中に混入されている炭化水素系ガス
を効率よく選別して感知することができる炭化水素ガス
センサ並びにその製造方法を提供することである。本発
明の他の目的は、多種のガスのうち、炭化水素ガスだけ
を選別して感知でき、低濃度ガスも感知できる炭化水素
ガスセンサ並びにその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の炭化水素ガスセンサは、半導体センサの感
知層上に還元性ガスと反応するオーバーコーティング層
を設けることによって、ガスセンサの感知層で炭化水素
系ガスだけを反応させ、炭化水素系ガスを感知するよう
にしたことを特徴とするものである。本発明方法は、基
板の下側に発熱手段としてのヒータを形成し、基板の上
側に電極を形成し、その電極上に炭化水素を感知する感
知層を形成するとともに、その感知層上にオーバーコー
ティング層を形成することを特徴とする。
めの本発明の炭化水素ガスセンサは、半導体センサの感
知層上に還元性ガスと反応するオーバーコーティング層
を設けることによって、ガスセンサの感知層で炭化水素
系ガスだけを反応させ、炭化水素系ガスを感知するよう
にしたことを特徴とするものである。本発明方法は、基
板の下側に発熱手段としてのヒータを形成し、基板の上
側に電極を形成し、その電極上に炭化水素を感知する感
知層を形成するとともに、その感知層上にオーバーコー
ティング層を形成することを特徴とする。
【００１０】このような本発明の炭化水素ガスセンサに
よれば、センサ作動中に、オーバーコーティング層の下
の酸化物半導体にガスが到着して電気的信号に変換され
るに前に、ＣＯのような還元性ガス類はオーバーコーテ
ィング層の触媒によってＣＯ2 等に反応し、センサの電
気的信号には何の影響も与えないようになる。したがっ
て、プロパンのような炭化水素類のガスだけが酸化物半
導体の感知部に到達して、反応し、電子を発生させる。
これにより、感知部に接続された電極から検出される電
気信号に基づいて炭化水素類のガスだけを選択して確実
に検出することができるようになる。又、本発明は、電
極及び感知層を複数個に分割して設け、各感知層上にオ
ーバーコーティング層を形成すると、多種のガスのうち
炭化水素ガスだけを選択的に感知することができて好ま
しい。
よれば、センサ作動中に、オーバーコーティング層の下
の酸化物半導体にガスが到着して電気的信号に変換され
るに前に、ＣＯのような還元性ガス類はオーバーコーテ
ィング層の触媒によってＣＯ2 等に反応し、センサの電
気的信号には何の影響も与えないようになる。したがっ
て、プロパンのような炭化水素類のガスだけが酸化物半
導体の感知部に到達して、反応し、電子を発生させる。
これにより、感知部に接続された電極から検出される電
気信号に基づいて炭化水素類のガスだけを選択して確実
に検出することができるようになる。又、本発明は、電
極及び感知層を複数個に分割して設け、各感知層上にオ
ーバーコーティング層を形成すると、多種のガスのうち
炭化水素ガスだけを選択的に感知することができて好ま
しい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
第１の実施の形態を詳細に説明する。図３ａは、本発明
の炭化水素ガスセンサの第１の実施の形態の断面を模式
的に示す図である。基板１１の両側に所定パターンにて
印刷されてヒータ１２と電極１３が形成されている。電
極１３上には、ＳｎＯ2 （８３．０〜９４．８ｗｔ％）
にＩｎ2Ｏ3（５〜１０ｗｔ％）、Ｓｂ2Ｏ5（０．１〜
２．０ｗｔ％）、Ｐｄ（０．１〜５ｗｔ％）が添加され
た組成の酸化物半導体で形成された感知層１４が形成さ
れている。この感知層１４上に約１０〜１００マイクロ
ンの厚さのシリカで形成された絶縁層１５を形成させ、
その上に約１０〜５０マイクロンの厚さのシリカ及び塩
化パラジウムの混合物からなるバッファ層１６を形成す
る。このバッファ層１６上に１０〜５０マイクロンの厚
さの塩化パラジウムで形成された触媒層１７が形成され
ている。上記した、感知層１４上に順次形成された絶縁
層１５、バッファ層１６、及び触媒層１７はオーバーコ
ーティング層を形成する。上記の実施の形態においては
オーバーコーティング層が絶縁層１５、バッファ層１
６、及び触媒層１７により形成されているが、必要に応
じてはバッファ層１６を省略し、直ちに絶縁層１５上に
触媒層１７を形成してもよい。図３ｂは上記構成になる
センサの電気的回路図である。回路そのものは従来のも
のと格別の相違はない。
第１の実施の形態を詳細に説明する。図３ａは、本発明
の炭化水素ガスセンサの第１の実施の形態の断面を模式
的に示す図である。基板１１の両側に所定パターンにて
印刷されてヒータ１２と電極１３が形成されている。電
極１３上には、ＳｎＯ2 （８３．０〜９４．８ｗｔ％）
にＩｎ2Ｏ3（５〜１０ｗｔ％）、Ｓｂ2Ｏ5（０．１〜
２．０ｗｔ％）、Ｐｄ（０．１〜５ｗｔ％）が添加され
た組成の酸化物半導体で形成された感知層１４が形成さ
れている。この感知層１４上に約１０〜１００マイクロ
ンの厚さのシリカで形成された絶縁層１５を形成させ、
その上に約１０〜５０マイクロンの厚さのシリカ及び塩
化パラジウムの混合物からなるバッファ層１６を形成す
る。このバッファ層１６上に１０〜５０マイクロンの厚
さの塩化パラジウムで形成された触媒層１７が形成され
ている。上記した、感知層１４上に順次形成された絶縁
層１５、バッファ層１６、及び触媒層１７はオーバーコ
ーティング層を形成する。上記の実施の形態においては
オーバーコーティング層が絶縁層１５、バッファ層１
６、及び触媒層１７により形成されているが、必要に応
じてはバッファ層１６を省略し、直ちに絶縁層１５上に
触媒層１７を形成してもよい。図３ｂは上記構成になる
センサの電気的回路図である。回路そのものは従来のも
のと格別の相違はない。
【００１２】かかる構造の炭化水素ガスセンサの製造方
法について説明する。図４は、本発明の炭化水素ガスセ
ンサの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。図
４に示すように、基板を洗浄し、電極及びヒータを所定
パターンに印刷した後、熱処理して基板の両側に形成す
る。次いで、ＳｎＯ2 （８３．０〜９４．８ｗｔ％）に
Ｉｎ2Ｏ3（５〜１０ｗｔ％）、Ｓｂ2Ｏ5（０．１〜２．
０ｗｔ％）、Ｐｄ（０．１〜５ｗｔ％）を添加した組成
の酸化物半導体を感知膜の材料として、スクリン印刷法
を用いて電極を含む基板の上側の全面にコーティングし
た後、ほぼ４００〜８００℃で熱処理を行う。
法について説明する。図４は、本発明の炭化水素ガスセ
ンサの製造方法の一実施の形態を示す工程図である。図
４に示すように、基板を洗浄し、電極及びヒータを所定
パターンに印刷した後、熱処理して基板の両側に形成す
る。次いで、ＳｎＯ2 （８３．０〜９４．８ｗｔ％）に
Ｉｎ2Ｏ3（５〜１０ｗｔ％）、Ｓｂ2Ｏ5（０．１〜２．
０ｗｔ％）、Ｐｄ（０．１〜５ｗｔ％）を添加した組成
の酸化物半導体を感知膜の材料として、スクリン印刷法
を用いて電極を含む基板の上側の全面にコーティングし
た後、ほぼ４００〜８００℃で熱処理を行う。
【００１３】次いで、本発明の核心工程であるオーバー
コーティング層を形成する工程を行う。すなわち、ま
ず、感知膜上にシリカゾル溶液にて絶縁層を約１０〜１
００マイクロンの厚さにコーティングした後、１５０℃
で乾燥し、６００℃で熱処理する。その後、シリカゾル
溶液と塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2 ）を溶かしたエチル
アルコールが混合された溶液でバッファ層を約１０〜５
０マイクロンの厚さにコーティングし、１５０℃で乾燥
し、６００℃で熱処理を行う。次いで、最後に、バッフ
ァ層のコーティング時に用いられた塩化パラジウムエチ
ルアルコール溶液で触媒層を約１０〜５０マイクロンの
厚さにコーティングした後、１５０℃で乾燥し、６００
℃で熱処理を行って、センサ素子のオーバーコーティン
グ工程を完了する。絶縁層、バッファ層、触媒層は、そ
れぞれ乾燥と熱処理をせず、コーティング終了後に１５
０℃の乾燥と６００℃の熱処理と行ってもよい。センサ
素子の製造完了後、リードワイヤの取付工程及びパッケ
ージング工程を行うことにより、センサの製造工程が完
了する。
コーティング層を形成する工程を行う。すなわち、ま
ず、感知膜上にシリカゾル溶液にて絶縁層を約１０〜１
００マイクロンの厚さにコーティングした後、１５０℃
で乾燥し、６００℃で熱処理する。その後、シリカゾル
溶液と塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2 ）を溶かしたエチル
アルコールが混合された溶液でバッファ層を約１０〜５
０マイクロンの厚さにコーティングし、１５０℃で乾燥
し、６００℃で熱処理を行う。次いで、最後に、バッフ
ァ層のコーティング時に用いられた塩化パラジウムエチ
ルアルコール溶液で触媒層を約１０〜５０マイクロンの
厚さにコーティングした後、１５０℃で乾燥し、６００
℃で熱処理を行って、センサ素子のオーバーコーティン
グ工程を完了する。絶縁層、バッファ層、触媒層は、そ
れぞれ乾燥と熱処理をせず、コーティング終了後に１５
０℃の乾燥と６００℃の熱処理と行ってもよい。センサ
素子の製造完了後、リードワイヤの取付工程及びパッケ
ージング工程を行うことにより、センサの製造工程が完
了する。
【００１４】このようにして構成される本発明の炭化水
素ガスセンサによれば、まず、ヒータ１２に電源を印加
してほぼ３００〜５００℃の温度で加熱して動作させ
る。センサに到達したガスは、酸化物半導体で電気信号
に変換される前に、ＣＯなどの還元性ガス類はオーバー
コーティング層に包含されている触媒の塩化パラジウム
によって化学式２のように酸素と化学反応してＣＯ2 に
変換される。したがってセンサの電気信号発生には殆ど
影響を与えない。これに対して、プロパンなどの炭化水
素類のガスＲは、オーバーコーティング層で反応せずに
通過して酸化物半導体の感知層１４に到達する。そこで
感知材に吸着されている酸素と反応して前述の化学式１
のように電子を発生させる。 化学式２ ２ＣＯ ＋ Ｏ2 → ２ＣＯ2 上記のように電子が発生されると、感知層１４の抵抗が
減少し、図３ｂに示す検出回路は、感知層１４の抵抗減
少に起因して可変抵抗ＶＲ0及び抵抗Ｒ1を介して大きな
電流が流れ、出力信号すなわち出力端の電圧が高くなる
ため、炭化水素ガスを感知するようになる。
素ガスセンサによれば、まず、ヒータ１２に電源を印加
してほぼ３００〜５００℃の温度で加熱して動作させ
る。センサに到達したガスは、酸化物半導体で電気信号
に変換される前に、ＣＯなどの還元性ガス類はオーバー
コーティング層に包含されている触媒の塩化パラジウム
によって化学式２のように酸素と化学反応してＣＯ2 に
変換される。したがってセンサの電気信号発生には殆ど
影響を与えない。これに対して、プロパンなどの炭化水
素類のガスＲは、オーバーコーティング層で反応せずに
通過して酸化物半導体の感知層１４に到達する。そこで
感知材に吸着されている酸素と反応して前述の化学式１
のように電子を発生させる。 化学式２ ２ＣＯ ＋ Ｏ2 → ２ＣＯ2 上記のように電子が発生されると、感知層１４の抵抗が
減少し、図３ｂに示す検出回路は、感知層１４の抵抗減
少に起因して可変抵抗ＶＲ0及び抵抗Ｒ1を介して大きな
電流が流れ、出力信号すなわち出力端の電圧が高くなる
ため、炭化水素ガスを感知するようになる。
【００１５】図５は、本発明のガスセンサを用いて測定
されるガス感知特性を示す図であり、炭化水素系ガスを
代表するプロパンガス（０〜５００ｐｐｍ）に対するセ
ンサの感度（空気中におけるセンサの抵抗値(Ｒair )と
ガス中におけるセンサの抵抗値(Ｒgas )との比率Ｓ、つ
まりＳ＝Ｒair／Ｒgas）が、還元性ガスを代表する一酸
化炭素（０〜２００００ｐｐｍ）に対する感度に比べて
遥かに高いことを示している。
されるガス感知特性を示す図であり、炭化水素系ガスを
代表するプロパンガス（０〜５００ｐｐｍ）に対するセ
ンサの感度（空気中におけるセンサの抵抗値(Ｒair )と
ガス中におけるセンサの抵抗値(Ｒgas )との比率Ｓ、つ
まりＳ＝Ｒair／Ｒgas）が、還元性ガスを代表する一酸
化炭素（０〜２００００ｐｐｍ）に対する感度に比べて
遥かに高いことを示している。
【００１６】図６は、本発明の炭化水素ガスセンサの第
２の実施の形態を示す図で、図６ａは側面を示す側断面
図、図６ｂは上側面を示す平面図、図６ｃは下側面を示
す平面図である。そして、図７は本発明の第２の実施の
形態の炭化水素ガスセンサの工程手順を示す工程図、図
８は本発明の第２の実施の形態の炭化水素ガスセンサの
ガス検出回路を示す回路図、図９は本発明の第１の実施
の形態の炭化水素ガスセンサの炭化水素検出装置のブロ
ック図、図１０は本発明の炭化水素検出装置を用いた炭
化水素検出方法を示すフローチャートである。
２の実施の形態を示す図で、図６ａは側面を示す側断面
図、図６ｂは上側面を示す平面図、図６ｃは下側面を示
す平面図である。そして、図７は本発明の第２の実施の
形態の炭化水素ガスセンサの工程手順を示す工程図、図
８は本発明の第２の実施の形態の炭化水素ガスセンサの
ガス検出回路を示す回路図、図９は本発明の第１の実施
の形態の炭化水素ガスセンサの炭化水素検出装置のブロ
ック図、図１０は本発明の炭化水素検出装置を用いた炭
化水素検出方法を示すフローチャートである。
【００１７】本発明の第２の実施の形態の炭化水素ガス
センサは、図６ａに示すように、基板２１の下面に図６
ｃに示すパターンに印刷したヒータ２２を形成する。基
板２１の上面の一定領域には図６ｂに示すように形状の
第１電極２３及び第２電極２４を形成し、基板２１の上
面の第１電極２３の一定領域に第１感知層２５を形成
し、かつ基板の上面の第２電極２４の一定領域に第２感
知層２６を形成する。さらに、第１感知層２５及び第２
感知層２６を含む基板２１の全面に絶縁層２７を形成さ
せ、その上に第１バッファ層２８と第２バッファ層２９
とを形成する。その際、第１バッファ層２８と第２バッ
ファ層２９とは一定の間隙を置いて分割されるように形
成され、第１バッファ層２８は前記第１感知層２５の上
側に、第２バッファ層２９は第２感知層２６の上側に形
成される。それぞれのバッファ層の上に第１触媒層３０
と、第２触媒層３１が形成されている。第１感知層２５
上に形成された絶縁層２７、第１バッファ層２８、及び
第１触媒層３０、或いは第２感知層２６上に形成された
絶縁層２７、第２バッファ層２９、及び第２触媒層３１
はそれぞれオーバーコーティング層を構成する。第１及
び第２バッファ層２８、２９は省略してもよい。この実
施の形態においては電極を２つに分けて設ける構造を例
示しているが、必要に応じては電極の数をより多くする
ことも可能である。
センサは、図６ａに示すように、基板２１の下面に図６
ｃに示すパターンに印刷したヒータ２２を形成する。基
板２１の上面の一定領域には図６ｂに示すように形状の
第１電極２３及び第２電極２４を形成し、基板２１の上
面の第１電極２３の一定領域に第１感知層２５を形成
し、かつ基板の上面の第２電極２４の一定領域に第２感
知層２６を形成する。さらに、第１感知層２５及び第２
感知層２６を含む基板２１の全面に絶縁層２７を形成さ
せ、その上に第１バッファ層２８と第２バッファ層２９
とを形成する。その際、第１バッファ層２８と第２バッ
ファ層２９とは一定の間隙を置いて分割されるように形
成され、第１バッファ層２８は前記第１感知層２５の上
側に、第２バッファ層２９は第２感知層２６の上側に形
成される。それぞれのバッファ層の上に第１触媒層３０
と、第２触媒層３１が形成されている。第１感知層２５
上に形成された絶縁層２７、第１バッファ層２８、及び
第１触媒層３０、或いは第２感知層２６上に形成された
絶縁層２７、第２バッファ層２９、及び第２触媒層３１
はそれぞれオーバーコーティング層を構成する。第１及
び第２バッファ層２８、２９は省略してもよい。この実
施の形態においては電極を２つに分けて設ける構造を例
示しているが、必要に応じては電極の数をより多くする
ことも可能である。
【００１８】このようにして構成される本発明の炭化水
素ガスセンサは、図７に示す手順の工程を介して製造さ
れる。まず、基板２１を洗浄し、基板２１の下部にヒー
タ２２を所定パターンに印刷して形成し、第１電極２３
及び第２電極２４を基板２１の上部の一定領域に所定パ
ターンに印刷して形成し、熱処理する。次いで、ＳｎＯ
2 の組成の酸化物半導体をそれぞれ第１電極２３及び第
２電極２４を含む基板２１の上側部に印刷し、４００〜
８００℃で熱処理して第１感知層２５及び第２感知層２
６を形成する。さらに、第１感知層２５及び第２感知層
２６を含む基板２１の全面にシリカゾル溶液を１０〜１
００μｍの厚さにコーティングし、乾燥（１５０℃）及
び熱処理（６００℃）して絶縁層２７を形成する。第１
感知層２５の上側の絶縁層２７にシリカゾル溶液と塩化
パラジウム（ＰｄＣｌ2 ）とを溶かしたエチルアルコー
ル溶液が混合された溶液を１０〜５０μｍの厚さにコー
ティングして乾燥及び熱処理して第１バッファ層２８を
形成し、第２感知層２６の上側の絶縁層２７に第１バッ
ファ層２８と一定の間隙を置いて分割されるように、シ
リカゾル溶液と塩化白金酸水溶液（Ｈ2ＰｔＣｌ6 ＋Ｈ2
Ｏ）とが混合された溶液を１０〜５０μｍの厚さにコー
ティングして乾燥及び熱処理して第２バッファ層２９を
形成する。そして、第１バッファ層２８の上側に塩化パ
ラジウムを溶かしたエチルアルコール溶液を１０〜５０
μｍの厚さにコーティングして乾燥及び熱処理して第１
触媒層３０を形成し、第２バッファ層２９の上側に塩化
白金酸水溶液を１０〜５０μｍの厚さにコーティングし
て乾燥及び熱処理して第２触媒層３１を形成する。次い
で、外部電極を形成するためのリードワイヤ取付工程及
びパッケージング工程を行うことにより、炭化水素ガス
センサの製造を完了する。
素ガスセンサは、図７に示す手順の工程を介して製造さ
れる。まず、基板２１を洗浄し、基板２１の下部にヒー
タ２２を所定パターンに印刷して形成し、第１電極２３
及び第２電極２４を基板２１の上部の一定領域に所定パ
ターンに印刷して形成し、熱処理する。次いで、ＳｎＯ
2 の組成の酸化物半導体をそれぞれ第１電極２３及び第
２電極２４を含む基板２１の上側部に印刷し、４００〜
８００℃で熱処理して第１感知層２５及び第２感知層２
６を形成する。さらに、第１感知層２５及び第２感知層
２６を含む基板２１の全面にシリカゾル溶液を１０〜１
００μｍの厚さにコーティングし、乾燥（１５０℃）及
び熱処理（６００℃）して絶縁層２７を形成する。第１
感知層２５の上側の絶縁層２７にシリカゾル溶液と塩化
パラジウム（ＰｄＣｌ2 ）とを溶かしたエチルアルコー
ル溶液が混合された溶液を１０〜５０μｍの厚さにコー
ティングして乾燥及び熱処理して第１バッファ層２８を
形成し、第２感知層２６の上側の絶縁層２７に第１バッ
ファ層２８と一定の間隙を置いて分割されるように、シ
リカゾル溶液と塩化白金酸水溶液（Ｈ2ＰｔＣｌ6 ＋Ｈ2
Ｏ）とが混合された溶液を１０〜５０μｍの厚さにコー
ティングして乾燥及び熱処理して第２バッファ層２９を
形成する。そして、第１バッファ層２８の上側に塩化パ
ラジウムを溶かしたエチルアルコール溶液を１０〜５０
μｍの厚さにコーティングして乾燥及び熱処理して第１
触媒層３０を形成し、第２バッファ層２９の上側に塩化
白金酸水溶液を１０〜５０μｍの厚さにコーティングし
て乾燥及び熱処理して第２触媒層３１を形成する。次い
で、外部電極を形成するためのリードワイヤ取付工程及
びパッケージング工程を行うことにより、炭化水素ガス
センサの製造を完了する。
【００１９】このようにして製造される炭化水素ガスセ
ンサは、図８に示すように、ヒータ２２、第１感知層２
５、及び第２感知層２６で構成されるセンサに所定の電
源が印加される。その際、第２感知層２６には抵抗Ｒ4
と可変抵抗ＶＲ2が直列接続され、第１感知層２５には
抵抗Ｒ3と可変抵抗ＶＲ1が直列接続されて、ガス検出回
路を形成する。ヒータ２２を３００〜５００℃で加熱し
て感知動作を開始すると、第１触媒層３０及び第２触媒
層３１の互いに異なる触媒作用が第１感知層２５及び第
２感知層２６に互いに異なる影響を与え、第１感知層２
５及び第２感知層２６はそれに基づいて変化する抵抗値
に比例する互いに異なる電気信号を出力する。下記の表
１は、第１感知層２５と第２感知層２６のガス感度を示
すもので、第１触媒層３０及び第１バッファ層２８と連
係動作する第１感知層２５は一酸化炭素を除いた炭化水
素ガスとアルコール類とに大きく反応し、第２触媒層３
１及び第２バッファ層２９と連係動作する第２感知層２
６はアルコール類にのみ大きく反応する特性を示す。こ
こで、感知動作を行う前・後の第１感知層２５及び第２
感知層２６の抵抗値の変化幅はガス感度と比例する。 感度：清浄空気における抵抗値／被検ガスにおける抵抗
値 検知されたガス濃度：５００ｐｐｍ
ンサは、図８に示すように、ヒータ２２、第１感知層２
５、及び第２感知層２６で構成されるセンサに所定の電
源が印加される。その際、第２感知層２６には抵抗Ｒ4
と可変抵抗ＶＲ2が直列接続され、第１感知層２５には
抵抗Ｒ3と可変抵抗ＶＲ1が直列接続されて、ガス検出回
路を形成する。ヒータ２２を３００〜５００℃で加熱し
て感知動作を開始すると、第１触媒層３０及び第２触媒
層３１の互いに異なる触媒作用が第１感知層２５及び第
２感知層２６に互いに異なる影響を与え、第１感知層２
５及び第２感知層２６はそれに基づいて変化する抵抗値
に比例する互いに異なる電気信号を出力する。下記の表
１は、第１感知層２５と第２感知層２６のガス感度を示
すもので、第１触媒層３０及び第１バッファ層２８と連
係動作する第１感知層２５は一酸化炭素を除いた炭化水
素ガスとアルコール類とに大きく反応し、第２触媒層３
１及び第２バッファ層２９と連係動作する第２感知層２
６はアルコール類にのみ大きく反応する特性を示す。こ
こで、感知動作を行う前・後の第１感知層２５及び第２
感知層２６の抵抗値の変化幅はガス感度と比例する。 感度：清浄空気における抵抗値／被検ガスにおける抵抗
値 検知されたガス濃度：５００ｐｐｍ
【００２０】このような特性を用いることで、１つのセ
ンサでてアルコール類ガスと炭化水素ガスとを選別検出
する動作を行う。このセンサを用いた炭化水素検出装置
を図９に示す。この装置は、第１感知層２５の出力電圧
と予め設定されている基準電圧とを比較してそれに応ず
る信号を出力する第１比較部５１と、第２感知層２６の
出力電圧と予め設定された基準電圧とを比較してそれに
応ずる信号を出力する第２比較部５２と、第１比較部５
１及び第２比較部５２の出力信号に基づいて炭化水素の
存在の如何を判断し、それに応ずる信号を出力する判断
部５３と、判断部５３の信号に基づいて警報を発生する
警報発生部５４とで構成される。
ンサでてアルコール類ガスと炭化水素ガスとを選別検出
する動作を行う。このセンサを用いた炭化水素検出装置
を図９に示す。この装置は、第１感知層２５の出力電圧
と予め設定されている基準電圧とを比較してそれに応ず
る信号を出力する第１比較部５１と、第２感知層２６の
出力電圧と予め設定された基準電圧とを比較してそれに
応ずる信号を出力する第２比較部５２と、第１比較部５
１及び第２比較部５２の出力信号に基づいて炭化水素の
存在の如何を判断し、それに応ずる信号を出力する判断
部５３と、判断部５３の信号に基づいて警報を発生する
警報発生部５４とで構成される。
【００２１】以下、このようにして構成される炭化水素
検出装置の炭化水素判別検出動作を図１０に基づき説明
する。まず、第１比較部５１は、第１感知層２５の動作
後の出力電圧と第１基準電圧とを比較し（Ｓ１１）、第
２比較部５２は第２感知層２６の動作後の出力電圧と第
２基準電圧とを比較する（Ｓ１２）。次いで、第１感知
層２５の動作後の出力電圧が第１基準電圧よりも大き
く、第２感知層２６の動作後の出力電圧が第２基準電圧
よりも小さい場合には、判断部５３が炭化水素ガスと判
断し（Ｓ１４）、警報発生部５４はそれを知らせる警報
を発生させる（Ｓ１５）。そして、第１及び第２感知層
２５、２６の動作後の出力電圧が第１及び第２基準電圧
よりもいずれも大きい場合にはアルコール類と感知し
（Ｓ１３）、警報を発生させる。
検出装置の炭化水素判別検出動作を図１０に基づき説明
する。まず、第１比較部５１は、第１感知層２５の動作
後の出力電圧と第１基準電圧とを比較し（Ｓ１１）、第
２比較部５２は第２感知層２６の動作後の出力電圧と第
２基準電圧とを比較する（Ｓ１２）。次いで、第１感知
層２５の動作後の出力電圧が第１基準電圧よりも大き
く、第２感知層２６の動作後の出力電圧が第２基準電圧
よりも小さい場合には、判断部５３が炭化水素ガスと判
断し（Ｓ１４）、警報発生部５４はそれを知らせる警報
を発生させる（Ｓ１５）。そして、第１及び第２感知層
２５、２６の動作後の出力電圧が第１及び第２基準電圧
よりもいずれも大きい場合にはアルコール類と感知し
（Ｓ１３）、警報を発生させる。
【００２２】
【発明の効果】本発明のセンサは、いろいろの周辺ガス
のうち、複数種類の可燃性ガスだけを正確に分離選択し
て感知することができるため、多様なガス感知システム
に応用され得る。ＬＮＧ、ＬＰＧ等の漏洩警報機に応用
されると、従来の半導体式ガスセンサの欠点の誤動作を
防止することができ、接触燃焼式ガスセンサに比べて低
濃度感知特性を向上させることができる。さらに、自動
車排気ガス分析機での応用も可能である。のみならず、
他種類の半導体式ガスセンサと組み合わせてセンサアレ
イをなし、このセンサの信号をコンピュータを使用して
パターン認識等のソフトウェア技法で信号処理を行う
と、多様に混在されたガスの中で炭化水素系ガスだけを
正確に選別感知することができる。
のうち、複数種類の可燃性ガスだけを正確に分離選択し
て感知することができるため、多様なガス感知システム
に応用され得る。ＬＮＧ、ＬＰＧ等の漏洩警報機に応用
されると、従来の半導体式ガスセンサの欠点の誤動作を
防止することができ、接触燃焼式ガスセンサに比べて低
濃度感知特性を向上させることができる。さらに、自動
車排気ガス分析機での応用も可能である。のみならず、
他種類の半導体式ガスセンサと組み合わせてセンサアレ
イをなし、このセンサの信号をコンピュータを使用して
パターン認識等のソフトウェア技法で信号処理を行う
と、多様に混在されたガスの中で炭化水素系ガスだけを
正確に選別感知することができる。
【図１】 ａは、従来の厚膜型半導体式ガスセンサの概
略的な断面図、ｂは、従来のチューブ型半導体式ガスセ
ンサの概略的な断面図。
略的な断面図、ｂは、従来のチューブ型半導体式ガスセ
ンサの概略的な断面図。
【図２】 それぞれ厚膜型、チューブ型の半導体式ガス
センサのガス検出回路を示す回路図。
センサのガス検出回路を示す回路図。
【図３】 本発明実施形態の炭化水素ガスセンサの概略
的な断面図（ａ）とそのガス検出回路（ｂ）。
的な断面図（ａ）とそのガス検出回路（ｂ）。
【図４】 本発明実施形態の炭化水素ガスセンサの製造
工程を示す工程図。
工程を示す工程図。
【図５】 本発明実施形態の炭化水素ガスセンサを用い
て測定した、炭化水素系ガスと還元性ガスに対する感度
を示すグラフ。
て測定した、炭化水素系ガスと還元性ガスに対する感度
を示すグラフ。
【図６】 本発明の複数の電極を設けた他の実施形態の
炭化水素ガスセンサの構造を示す断面図及び平面図。
炭化水素ガスセンサの構造を示す断面図及び平面図。
【図７】 他の実施形態の炭化水素ガスセンサの工程手
順を示す工程手順図。
順を示す工程手順図。
【図８】 他の実施形態の炭化水素ガスセンサのガス検
出回路を示す回路図。
出回路を示す回路図。
【図９】 他の実施形態の炭化水素検出装置を示すブロ
ック図。
ック図。
【図１０】 他の実施形態の炭化水素検出装置の炭化水
素検出方法を示すフローチャート。
素検出方法を示すフローチャート。
１、１１、２１ 基板 ２、６ ヒータ ３、７ 感知部 ４、１８ 電極 ５ チューブ ９、１０ リードワイヤ １２、２２ ヒータ １３、２３、２４ 電極 １４、２５、２６ 感知層 １５、２７ 絶縁層 １６、２８、２９ バッファ層 １７、３０、３１ 触媒層 ５１、５２ 比較部 ５３ 判断部 ５４ 警報発生部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュ・ジェン・イ 大韓民国・ソウル・ソチョ−ク・バンポ４ −ドン・（番地なし）・ミド アパートメ ント 309−601 (72)発明者 ヒョン・ギ・ホン 大韓民国・ギョンギ−ド・ガチョン−シ・ ブリム−ドン・41・ズゴン アパートメン ト 903−105 (72)発明者 ドン・ヒョン・ユン 大韓民国・ギョンギ−ド・アンヤン−シ・ ドンアン−ク・ビサン３−ドン・279・ハ ナム アパートメント ガ−208 (72)発明者 スン・リョル・キム 大韓民国・ソウル・ガンアァ−ク・ボンチ ェン11−ドン・196−151
Claims (10)
- 【請求項１】 基板の下側に発熱手段のヒータを形成す
る段階と、 前記基板の上側に電極を形成する段階と、 前記電極上に炭化水素だけを感知する感知層を形成する
段階と、 前記感知層上に還元性ガスと反応するオーバーコーティ
ング層を形成する段階と、を備えることを特徴とする炭
化水素ガスセンサの製造方法。 - 【請求項２】 前記電極が複数に分割され、複数に分割
された電極上に炭化水素だけを感知する感知層及び還元
性ガスと反応するオーバーコーティング層が順次それぞ
れ形成されることを特徴とする請求項１に記載の炭化水
素ガスセンサの製造方法。 - 【請求項３】 前記オーバーコーティング層を形成す
る段階は、前記電極に対応する複数の感知層上に絶縁層
を形成する段階と、前記複数の感知層に対応して分割し
て前記絶縁層上に複数の触媒層を形成する段階とを備え
ることを特徴とする請求項２に記載の炭化水素ガスセン
サの製造方法。 - 【請求項４】 前記オーバーコーティング層を形成す
る段階は、前記複数の感知層上に絶縁層を形成する段階
と、前記複数の感知層と相応するように分割して複数の
バッファ層と触媒層とを順次形成する段階とを備えるこ
とを特徴とする請求項２に記載の炭化水素ガスセンサの
製造方法。 - 【請求項５】 基板と、 前記基板の下側に形成されたヒータと、 前記基板の上側に形成された電極と、 前記電極上に形成された炭化水素を感知する感知層と、 前記感知層上に形成されたオーバーコーティング層と、
を備えることを特徴とする炭化水素ガスセンサ。 - 【請求項６】 前記電極と感知層とが複数に分割されて
形成され、前記オーバーコーティング層が前記感知層上
に前記感知層と相応するように複数に分割されて形成さ
れることを特徴とする請求項５に記載の炭化水素ガスセ
ンサ。 - 【請求項７】 前記オーバーコーティング層は、複数の
感知層上に形成された絶縁層と、前記感知層と相応する
ように分割されて前記絶縁層上に形成された複数の触媒
層とで構成されることを特徴とする請求項６に記載の炭
化水素ガスセンサ。 - 【請求項８】 前記オーバーコーティング層は、複数個
の感知層上に形成された絶縁層と、前記感知層と相応す
るように分割されて前記絶縁層上に順次形成された複数
のバッファ層、触媒層とで構成されることを特徴とする
請求項６に記載の炭化水素ガスセンサ。 - 【請求項９】 炭化水素ガスセンサの炭化水素感知方法
において、 第１感知層及び第２感知層の感知動作に応ずる出力電圧
と、予め設定された第１及び第２基準電圧とをそれぞれ
比較する段階と、そして前記比較の結果に基づいて炭化
水素を感知する段階と、を備えることを特徴とする炭化
水素ガスセンサの炭化水素感知方法。 - 【請求項１０】 第１感知層及び第２感知層の感知動作
に応ずる出力電圧と予め設定された第１及び第２基準電
圧とを比較する段階は、 第１感知層の感知動作に応ずる出力電圧と予め設定され
た第１基準電圧とを比較して、第１感知層の感知動作に
応ずる出力電圧が第１基準電圧よりも大きい場合、第２
感知層の感知動作に応ずる出力電圧と予め設定された第
２基準電圧とを比較する段階からなることを特徴とする
請求項９に記載の炭化水素ガスセンサの炭化水素感知方
法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960032834A KR0166931B1 (ko) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 탄화수소 가스센서와 그의 제조방법 |
| KR32834/1996 | 1996-12-16 | ||
| KR1019960066229A KR0179263B1 (ko) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | 탄화수소 가스센서 및 그를 이용한 감지 및 그 제조방법 |
| KR66229/1996 | 1996-12-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1082755A true JPH1082755A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=26632078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9212971A Pending JPH1082755A (ja) | 1996-08-07 | 1997-08-07 | 炭化水素ガスセンサ並びにその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1082755A (ja) |
| CN (1) | CN1077687C (ja) |
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| WO2003042681A1 (fr) * | 2001-11-14 | 2003-05-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Capteur de gaz et procede de fabrication d'un capteur de gaz |
| JP2010185774A (ja) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ |
| CN113614522A (zh) * | 2019-03-26 | 2021-11-05 | Lg电子株式会社 | 传感器模块 |
Families Citing this family (4)
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| EP3343212B1 (en) * | 2015-08-28 | 2019-11-06 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Gas sensor and fuel cell vehicle |
| CN108061741B (zh) * | 2017-11-14 | 2021-03-19 | 苏州慧闻纳米科技有限公司 | 一种多通道阵列传感器 |
| CN111272828B (zh) * | 2020-03-26 | 2022-04-12 | 微纳感知(合肥)技术有限公司 | 一种mems气体传感器及其阵列、制备方法 |
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-
1997
- 1997-08-07 CN CN 97119278 patent/CN1077687C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-07 JP JP9212971A patent/JPH1082755A/ja active Pending
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| CN113614522A (zh) * | 2019-03-26 | 2021-11-05 | Lg电子株式会社 | 传感器模块 |
| US11609200B2 (en) * | 2019-03-26 | 2023-03-21 | Lg Electronics Inc. | Sensor module |
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| Publication number | Publication date |
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| CN1178903A (zh) | 1998-04-15 |
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