JPH11183420A - 薄膜ガスセンサ - Google Patents

薄膜ガスセンサ

Info

Publication number
JPH11183420A
JPH11183420A JP34790697A JP34790697A JPH11183420A JP H11183420 A JPH11183420 A JP H11183420A JP 34790697 A JP34790697 A JP 34790697A JP 34790697 A JP34790697 A JP 34790697A JP H11183420 A JPH11183420 A JP H11183420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
thin film
gas
sensor
catalyst layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP34790697A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuyuki Kawada
泰之 河田
Katsumi Onodera
克己 小野寺
Fumihiro Inoue
文宏 井上
Koichi Tsuda
孝一 津田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP34790697A priority Critical patent/JPH11183420A/ja
Publication of JPH11183420A publication Critical patent/JPH11183420A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で消費電力が小さく、従来の素子と同等
以上の感度とガス選択性を有する薄膜ガスセンサを提供
する。 【解決手段】 本発明は、基板1と、前記基板上に間隔
を持って一対に形成された電極3と、前記電極間上に積
層され、被検ガスに反応して電気抵抗値を変化させる酸
化物半導体から成るセンサ薄膜層4と、前記センサ薄膜
層上に積層され、被検ガスの検出感度を高める触媒層5
と、前記触媒層上に積層され、被検ガス以外の媒質を選
択的に燃焼させる選択燃焼層6を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可燃性ガスを検知
するためのガス検知装置(ガスセンサ)に関し、より詳
細には都市ガス(メタン)や不完全燃焼時に発生するC
Oガスを検知するためのガス漏れ警報器に搭載するガス
センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のガス漏れ警報器に搭載される酸化
物半導体を用いたガス検知装置としては、微量な触媒を
添加したSnO2を主成分とした焼結体内部に電極と加
熱用ヒータコイルを内蔵して作製される焼結体素子や、
同じく触媒を添加したSnO2ペーストをヒータ付き基
板に印刷して作製される厚膜型素子がある。双方ともヒ
ータで加熱された酸化物半導体表面でのガスの吸脱着に
よる電気抵抗変化を利用してガスを検出するものであ
る。
【0003】前記焼結体素子は、SnO2にPtやPd
を微量添加した粉末にバインダーなどを添加して作製し
たペーストを、Pt線等を用いて作製されたコイルヒー
タ電極に塗布し、焼結して作製される。
【0004】前記厚膜型素子は、SnO2にPtやPd
を微量添加した粉末にバインダーなどを添加して作製し
たペーストを、酸化ルテニウムやPtなどで作製された
ヒータが形成してあるアルミナ基板等にスクリーン印刷
して厚膜を形成し、さらに焼結して作製される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
にガスセンサはメタンやCOよりアルコールや水素に高
い感度を示すという不都合があり、動作温度、触媒添加
の工夫、活性炭フィルタなどを用いてある程度の選択性
を改善して実用化しているが、現状では不十分である。
また、従来の焼結体素子や厚膜型素子は、比較的素子サ
イズが大きいため熱容量が大きくなり、ヒータ加熱の消
費電力が大きいという不都合もある。この点から薄膜セ
ンサも検討されているが、焼結体素子や厚膜型素子に比
べ、感度やガス選択性等の点で劣るという不都合があ
る。
【0006】そこで本発明は、上記不都合を解決し、小
型で消費電力が小さく、従来の素子と同等以上の感度と
ガス選択性を有する薄膜ガスセンサを提供しようとする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、基板と、前記基板上に間隔
を持って一対に形成された電極と、前記電極間上に積層
され、被検ガスに反応して電気抵抗値を変化させる酸化
物半導体から成るセンサ薄膜層と、前記センサ薄膜層上
に積層され、被検ガスの検出感度を高める触媒層と、前
記触媒層上に積層され、被検ガス以外の媒質を選択的に
燃焼させる選択燃焼層を備えることを特徴とする。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の薄
膜ガスセンサにおいて、前記センサ薄膜層は、膜厚0.
2〜1.0μmの酸化スズから構成されることを特徴と
する。
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の薄膜ガスセンサにおいて、前記触媒層は、Pt又
はPdOから構成され、膜厚1.5〜5nmであること
を特徴とする。
【0010】請求項4記載の発明は、請求項1、2、ま
たは3記載の薄膜ガスセンサにおいて、前記選択燃焼層
は、N型若しくはP型の酸化物半導体から構成され、膜
厚0.05〜0.5μmであることを特徴とする。
【0011】請求項5記載の発明は、請求項4記載の薄
膜ガスセンサにおいて、前記N型若しくはP型の酸化物
半導体は、ZnO、NiO、またはFe23であること
を特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図1は実施形態の平面図、図2は実施形
態の縦断面図である。図1、図2に基づいて、実施形態
の構成を説明する。基板1は、Si基板であり、表面に
SiO2酸化膜2が形成されている。基板1上には間隔
をもって一対に形成されたPt電極3が形成され、当該
電極間には酸化スズからなるセンサ薄膜層4が形成され
る。センサ薄膜層4上には被検ガスの感度を向上させる
ための触媒層5が形成される。さらに、触媒層5上に
は、アルコールや水素を選択的に燃焼する選択燃焼層6
が形成される。
【0013】次に、実施形態の製造方法について説明す
る。基板1は、表面に厚さ0.5μmのSiO2酸化膜
2が形成された厚さ400μmのSi基板である。基板
1を有機溶剤などでよく洗浄後、RFマグネトロンスパ
ッタリング装置でPt電極3を成膜する。Pt電極3の
成膜条件は、Arガス圧力1Pa、基板温度300℃、
RFパワー2W/cm2、膜厚200nmである。Pt
電極成膜後、酸化スズからなるセンサ薄膜層4を成膜す
る。成膜は、マグネトロンスパッタリング装置で反応性
スパッタリングを行う。成膜条件は、Ar+O2ガス圧
力2Pa、基板温度300℃、RFパワー2W/c
2、膜厚400nmである。この条件で成膜すると、
柱状構造を有するSnO2薄膜が形成される。次に触媒
層5としてPt薄膜を形成する。触媒層5の成膜条件
は、Arガス圧力2Pa、基板温度300℃、RFパワ
ー0.5W/cm2、膜厚3nmである。この条件で成
膜すると、酸化スズ薄膜上にPtの粒子が分散して成膜
され、膜状にはならず、島状にPt粒子が存在するよう
になる。
【0014】Pt薄膜から成る触媒層5の有無によるガ
スセンサとしての特性比較を図3に示す。図中縦軸のガ
ス感度は、空気中でのPt電極3間の抵抗値をRoと
し、メタン、CO、水素中での各抵抗値をRgとしたと
き、Ro/Rgで評価した。評価したガス濃度は、メタ
ン2000ppm,CO100ppm、水素1000p
pmである。図中横軸のセンサ温度は300〜500℃
の範囲で測定した。
【0015】図3(a)はメタンに対する感度比較であ
る。Pt薄膜から成る触媒層5のないもの(図1、2に
おいて、触媒層5及び選択燃焼層6を除いたもの)は、
最高感度を示す温度が500℃と高く、感度も13程度
と低いのに対して、触媒層5を積層したもの(図1、2
において、選択燃焼層6を除いたもの)は、センサ温度
350℃において感度200以上を示す。このように触
媒層5の積層は、メタンガスに対しての最高感度の大幅
な向上と検知可能温度の低温化を達成することができ
る。
【0016】図3(b)は、COガスに対する感度比較
を示す。触媒層5の積層効果は、低温での多少の感度向
上は認められるが、特に大きな効果はない。
【0017】図3(c)は、水素ガスに対する感度比較
を示す。触媒層5のないものは、最高感度を示す温度が
500℃と高く、感度も50程度なのに対して、触媒層
5を積層したものは、センサ温度400℃で感度200
以上を示す。このように触媒層5の積層は、水素ガスに
対しての最高感度の大幅な向上と検知可能温度の低温化
を達成することができる。上述したように、メタンに対
する感度を向上させようとすると水素に対する感度も向
上してしまうという不都合があり、これを解決する手段
が後述する選択燃焼層6である。
【0018】ZnOはn型酸化物半導体であり、ガスセ
ンサ材料として機能するものである。このZnOは、上
記Pt薄膜から成る触媒層5を積層したSnO2センサ
薄膜層4の抵抗率より高い抵抗率を示す。図4は、Ar
+O2ガス圧力1Pa、基板温度300℃、RFパワー
4W/cm2、膜厚100nmの条件で成膜したZnO
膜と、Pt薄膜から成る触媒層5を積層したSnO2
ンサ薄膜層4の抵抗率の温度変化を示したものである。
上記条件で成膜すると、容易に柱状構造を有するZnO
薄膜が形成される。図4から、センサの使用温度である
350℃程度でも、Pt薄膜から成る触媒層5を積層し
たSnO2センサ薄膜層4に比べ、1桁以上高い抵抗率
を示すことがわかる。したがって、ZnO膜を、Pt薄
膜から成る触媒層5を積層したSnO2センサ薄膜層4
に積層しても、当該ZnO膜に電流が流れることはな
い。
【0019】図5にZnO膜のガスセンサとしての特性
を示す。図中縦軸のガス感度の定義は、図3と同様であ
る。評価したガス濃度は、メタン2000ppm、CO
100ppm、水素1000ppmである。図中横軸の
センサ温度は、300〜500℃の範囲で測定した。図
5から、ZnO膜は水素ガスに対してはある程度の感度
を示すが、メタンにはほとんど反応しないことがわか
る。
【0020】上記ZnO膜を、前記Pt薄膜から成る触
媒層5の上に選択燃焼層6として積層する(図2参
照)。水素ガスは、ZnO膜から成る選択燃焼層6によ
りある程度燃焼されるが、メタンは燃焼されることはな
い。また、ZnO膜は、前述したように柱状構造に形成
されているため、多くの細孔があり、容易にメタンガス
を透過する性質を示す。
【0021】図6は、ZnO膜から成る選択燃焼層6を
積層し、3層構造の構成にした本実施形態(図1、図2
に示す)のガス検知特性である。図6から、メタン感度
の多少の低下は認められるが、水素感度は大きく低下
し、結果的にメタンに対して高い選択性を有する薄膜ガ
スセンサであることがわかる。水素ガスが存在する場合
は、ZnO膜から成る選択燃焼層6である程度反応し、
選択燃焼層6の抵抗値は変化するが、当該選択燃焼層6
の抵抗値は、下部の触媒層5を積層したセンサ薄膜層4
より高いため、Pt電極3により検出されるセンサ抵抗
値としてはほとんど変化しない。一方、メタンガスが存
在する場合には、選択燃焼層6を透過したメタンガスは
触媒層5を積層したセンサ薄膜層4で反応し、抵抗値が
低下するため、Pt電極3により検出されるセンサ抵抗
値は変化し、メタンガスの存在を検出することができ
る。
【0022】なお、選択燃焼層6は、ZnO膜に限定さ
れることはなく、たとえばNiO,Fe2O3などのN
型又はP型の酸化物半導体薄膜を使用することもでき
る。但し、選択燃焼層6の抵抗値は、触媒層5を積層し
たセンサ薄膜層4の抵抗値より高くなければならない。
【0023】
【発明の効果】以上のように請求項1、2、3、4、ま
たは5記載の発明によれば、従来の焼結体素子、厚膜型
素子と同等以上の感度を有し、選択燃焼層の作用により
特定のガス(例えばメタン)に高い選択性を有する薄膜
ガスセンサを提供することができる。さらに、小型化が
可能であり、従来の焼結体素子、厚膜型素子に比べ格段
に熱容量を小さくでき、消費電力を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の平面図である。
【図2】実施形態の断面図である。
【図3】触媒層の有無によるガスセンサとしての特性比
較図である。
【図4】ZnOの抵抗率の温度変化図である。
【図5】ZnO膜のガスセンサとしての特性図である。
【図6】実施形態のガス感度特性図である。
【符号の説明】
1 基板 2 SiO2酸化膜 3 Pt電極 4 センサ薄膜層 5 触媒層 6 選択燃焼層
フロントページの続き (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検ガスの有無を検出する薄膜ガスセン
    サにおいて、 基板と、 前記基板上に間隔を持って一対に形成された電極と、 前記電極間上に積層され、被検ガスに反応して電気抵抗
    値を変化させる酸化物半導体から成るセンサ薄膜層と、 前記センサ薄膜層上に積層され、被検ガスの検出感度を
    高める触媒層と、 前記触媒層上に積層され、被検ガス以外の媒質を選択的
    に燃焼させる選択燃焼層を備えることを特徴とする薄膜
    ガスセンサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜ガスセンサにおい
    て、 前記センサ薄膜層は、膜厚0.2〜1.0μmの酸化ス
    ズから構成されることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の薄膜ガスセンサ
    において、 前記触媒層は、Pt又はPdOから構成され、膜厚1.
    5〜5nmであることを特徴とする薄膜ガスセンサ。
  4. 【請求項4】 請求項1、2、または3記載の薄膜ガス
    センサにおいて、 前記選択燃焼層は、N型若しくはP型の酸化物半導体か
    ら構成され、膜厚0.05〜0.5μmであることを特
    徴とする薄膜ガスセンサ。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の薄膜ガスセンサにおい
    て、 前記N型若しくはP型の酸化物半導体は、ZnO、Ni
    O、またはFe23であることを特徴とする薄膜ガスセ
    ンサ。
JP34790697A 1997-12-17 1997-12-17 薄膜ガスセンサ Withdrawn JPH11183420A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34790697A JPH11183420A (ja) 1997-12-17 1997-12-17 薄膜ガスセンサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34790697A JPH11183420A (ja) 1997-12-17 1997-12-17 薄膜ガスセンサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11183420A true JPH11183420A (ja) 1999-07-09

Family

ID=18393416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34790697A Withdrawn JPH11183420A (ja) 1997-12-17 1997-12-17 薄膜ガスセンサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11183420A (ja)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7276745B2 (en) 2005-02-22 2007-10-02 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
WO2008038547A1 (fr) 2006-09-28 2008-04-03 Mikuni Corporation Détecteur d'hydrogène
JP2009168449A (ja) * 2007-01-16 2009-07-30 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ
US7993506B2 (en) 2007-01-16 2011-08-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
CN105866194A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 杨林 一种可实现co报警的电力柜
CN105866192A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 杨林 一种基于co气体检测功能的防雷配电柜
CN105866193A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 杨林 一种高灵敏co检测的灭火器
CN105911113A (zh) * 2016-06-15 2016-08-31 杨林 一种能够实现气体自检功能的中央空调系统
CN105911112A (zh) * 2016-06-15 2016-08-31 杨林 一种基于co气体检测功能的炼铁高炉
CN105928990A (zh) * 2016-06-15 2016-09-07 杨林 一种基于高稳定性co检测电源模块
CN106018493A (zh) * 2016-06-15 2016-10-12 杨林 一种基于危险气体检测的电力设备检视系统
CN106124572A (zh) * 2016-06-15 2016-11-16 杨林 基于co气体检测功能的报警器
CN106124570A (zh) * 2016-06-15 2016-11-16 杨林 一种实现co检测的高压电源
CN106124571A (zh) * 2016-06-15 2016-11-16 杨林 一种能够实现危险气体报警的煤气管道
CN111624236A (zh) * 2020-01-14 2020-09-04 黄辉 一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法
CN114965651A (zh) * 2022-05-19 2022-08-30 湖北大学 一种ZnO基甲烷传感器及其制备方法和应用

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7276745B2 (en) 2005-02-22 2007-10-02 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
KR100895361B1 (ko) 2005-02-22 2009-04-29 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 가스센서
WO2008038547A1 (fr) 2006-09-28 2008-04-03 Mikuni Corporation Détecteur d'hydrogène
JP2008082972A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Mikuni Corp 水素センサ
JP2009168449A (ja) * 2007-01-16 2009-07-30 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ
JP2010151834A (ja) * 2007-01-16 2010-07-08 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ
US7993506B2 (en) 2007-01-16 2011-08-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
CN105911113A (zh) * 2016-06-15 2016-08-31 杨林 一种能够实现气体自检功能的中央空调系统
CN105866192A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 杨林 一种基于co气体检测功能的防雷配电柜
CN105866193A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 杨林 一种高灵敏co检测的灭火器
CN105866194A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 杨林 一种可实现co报警的电力柜
CN105911112A (zh) * 2016-06-15 2016-08-31 杨林 一种基于co气体检测功能的炼铁高炉
CN105928990A (zh) * 2016-06-15 2016-09-07 杨林 一种基于高稳定性co检测电源模块
CN106018493A (zh) * 2016-06-15 2016-10-12 杨林 一种基于危险气体检测的电力设备检视系统
CN106124572A (zh) * 2016-06-15 2016-11-16 杨林 基于co气体检测功能的报警器
CN106124570A (zh) * 2016-06-15 2016-11-16 杨林 一种实现co检测的高压电源
CN106124571A (zh) * 2016-06-15 2016-11-16 杨林 一种能够实现危险气体报警的煤气管道
CN111624236A (zh) * 2020-01-14 2020-09-04 黄辉 一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法
CN111624236B (zh) * 2020-01-14 2023-12-26 黄辉 一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法
CN114965651A (zh) * 2022-05-19 2022-08-30 湖北大学 一种ZnO基甲烷传感器及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH11183420A (ja) 薄膜ガスセンサ
JPH051416B2 (ja)
JP5352049B2 (ja) 水素センサ
JP4056987B2 (ja) 水素センサ及び水素の検知方法
WO2010064650A1 (ja) ガスセンサ
KR101201896B1 (ko) 정전용량형 환경유해가스 센서 및 그 제조방법
JP4022822B2 (ja) 薄膜ガスセンサ
JP4376093B2 (ja) 薄膜ガスセンサ
JP2000292399A (ja) 薄膜ガスセンサ
JP2006300560A (ja) 水素透過膜、水素センサおよび水素の検知方法
JP2000055852A (ja) 薄膜ガスセンサ
JP3075070B2 (ja) 一酸化炭素ガスセンサ
JP2010060481A (ja) 薄膜ガスセンサおよびその製造方法
JP4371772B2 (ja) 薄膜ガスセンサ
JP4136811B2 (ja) 薄膜ガスセンサおよびその製造方法
JP2007017217A (ja) 薄膜ガスセンサ
JP3076443B2 (ja) 湿度感知膜及び湿度センサ素子
JP5278086B2 (ja) 薄膜ガスセンサおよびその製造方法
JPH05322821A (ja) ガスセンサ
JP3174150B2 (ja) 湿度センサ
JP2008128773A (ja) 薄膜ガスセンサ
JP4851610B2 (ja) 薄膜ガスセンサ
JP4779076B2 (ja) 薄膜ガスセンサ
JP2000258374A (ja) 薄膜ガスセンサおよびそれを用いたガス警報器
JPH0650923A (ja) 湿度センサ素子

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: 20050301