JPS586146B2 - キユウチヤクコウカトランジスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は空気中に微量に混在するＮＯ２濃度を選択的
に精度よく測定するための吸着効果トランジスタに関す
るものであってＮＯ２検出素子としての吸着効果トラン
ジスタの応答速度を速くし、しかも高感度、高精度とす
るのがその目的である。

燃焼排気ガス中又は大気中に微量に存在する窒素酸化物
の濃度を測定するには化学分析法、化学発光法、紫外、
赤外線吸収法などがある。

この化学分析法では操作が極めて煩雑であり、測定に長
時間を要する。

又、化学発光法、紫外、赤外線吸収法では微弱光検出装
置や光源を必要とするため装置が大型になり、しかも高
価になる。

しかもいつれも通常窒素酸化物と共存しているＳＯ２，
ＣＯ２水蒸気などによって妨害される場合が多い。

この発明はこのような難点を解消し、ＮＯ２検出素子と
しての吸着効果トランジスタの応答速度を速くし、しか
も高感度、高精度としたものである。

この発明を実施した吸着効果トランジスターの一例を図
面について説明する。

アルミナ、ガラスのような電気絶縁性基板１の上にＡｇ
ｘ■２−ｘＯ５（ｘ＝０．０１〜０．５）からなる導電
器２を設け、この導電路２の両端にソース、ドレイン電
極３，３を設ける。

この導電路２を横断するように厚さがデバイ長さ（１０
−６〜１０−４ｃｍ）以下の吸着ゲート部６を設ける。

４は引出線である。

この電気絶縁性基板１の裏面に発熱体５を取付ける。

この導電路２を形成するには真空蒸着、スパツタリング
などの気相蒸着法によってもよく、対応する塩の溶液を
熱分解して行ってもよい。

次にこの吸着効果トランジスタの作動を説明する。

発熱体５を加熱して、空気中において ＡｇｘＶ２−ｘＯ５の薄膜よりなる導電路２を適当な温
度に保持しておく。

ＡｇｘＶ２１ｘ０５はｎ型半導体であり、空気中の酸素
の陰イオン化吸着によりこの吸着ゲート部６の半導体内
に空乏層が形成される。

この空乏層は電導電子に対して電位障壁の働きをするた
めにソース・ドレイン電極３−３間の電流は減少する。

つまり導電路の吸着ゲート部６の抵抗は空気中の酸素の
吸着によってある程度増大した状態で平衡に達する。

この状態で空気中にＮＯ２が混入すると、ＮＯ２は酸素
よりも陰イオン化吸着の活性が大きいため、吸着ゲート
部６の半導体表面の吸着陰イオン濃度が増加し、空乏層
が拡大され電位障壁が高くなって電導電子に対するゲー
ト作用が行われ、ソースドレイン間の抵抗はさらに増大
する。

このときの抵抗値の増加率はＮＯ２の濃度に依存し、こ
の抵抗値変化を検出することによりＮＯ２の濃度を測定
することができる。

一方、ふん囲気へのＨ２，ＣＯ、炭化水素、ＮＨ３など
の混入によっては、これらの気体は陽イオン化吸着をす
るために空気中酸素の陰イオン化吸着によって形成され
ていた空乏層の拡がりが緩和され、ソース・ドレイン間
のコンダクタンスが増加する。

しかし、導電路温度が４００℃以下ではこれらの気体の
この導電路表面への吸着によるゲート作用は僅少であり
、そのコンダクタンス変化率は極めて僅である。

この発明の吸着効果トランジスタのＮＯ２濃度に対する
抵抗値変化率の関係を示すと第２図のようになる。

第２図の曲線Ａは空気中に混在するＮＯのガス濃度と導
電路の抵抗値変化率（通常空気中での抵抗値ＲｏとＮＯ
２混入時の抵抗値ＲからＲｏを差引いた値との比）との
関係を示している。

ＮＯ２７ｐｐｍ混入により抵抗値は２倍となり１０ｐｐ
ｍ以下の微量のＮＯ２を検出定量することができた。

又、第２図の曲線ＢはＮＨ３のガス濃度と導電路のコン
ダクタンス変化率の関係を示し、曲線ＣはＨ２，ＣＯ，
ｉ−Ｃ４Ｈ１０，ＳＯ２，ＣＯ２のガス濃度と導電路コ
ンダクタンス変化率の関係を示している。

曲線Ｂ，Ｃから明かなようにこれらのガスに対して導電
路の抵抗値変化は殆んどなく、ＮＯ２を選択的に精度よ
く検出できる。

なお第２図は横軸に空気中のガス濃度を表わし縦軸に抵
抗値変化率（Ｒ−Ｒｏ）／Ｒｏ及びコンダクタンス変化
率（Ｇ−Ｇｏ）／Ｇｏを表わす。

又膜厚１．Ｉ×１０−５ｃｍのＡｇＯ．ＩＶ１．９０５
の薄膜を用い、導電路温度３００℃、空温２６℃、相対
湿度６０％であった。

この発明のＡｇｘＶ２−ｘＯ５よりなる吸着効果トラン
ジスタの１０ｐｐｍの濃度のＮＯ２に触れたときの、導
電路の抵抗値変化率（Ｒａ−Ｒｏ）／Ｒｏとそのときの
応答時間のｘの値に対する依存性を第１表に示す。

応答時間はＮＯ２接触時の導電路の抵抗値変化（Ｒａ−
Ｒｏ）がその飽和値の９０％に達するまでに要した時間
で示してある。

ｘ＝ｏのＶ２Ｏ５の場合に比べてＡｇ０．１８Ｖ１．８
２Ｏ５では、応答時間は約１／４に短縮され、又ＮＯ２
による抵抗値変化率は２．４倍となっている。

このようにこの発明の吸着効果トランジスタによれば、
■２０５よりなるものよりもさらに高感度にしかも迅速
にＮＯ２濃度を測定することができる。

第３図はこの発明による吸着効果トランジスタの空気中
での電気伝導度と１．０ｐＩＭｎの濃度のＮＯ２に触れ
たときの抵抗値変化率（Ｒ−Ｒｏ）／Ｒｏの吸着ゲート
部の厚さに対する依存性を示し、曲線Ｇは電気伝導度を
、曲線Ｈは抵抗値変化率を表わす。

Ａｇｏ；１■Ｌ９０５導電路温度３００℃、室温２６℃
相対湿度６０％の場合の測定例である。

吸着効果トランジスタでは、吸着ゲート部の厚さがデバ
イ長さよりも薄くなるにつれて電気伝導度が減少しそれ
に伴い吸着のゲート作用による抵抗値変化率が大きくな
るのがその特徴である。

第３図からわかるように吸着ゲート部厚さ２×１０−５
ｃｍ以下でＮＯ２１０ｐＩｌｌによる抵抗値変化率は著
しく増大しており、ゲート部の厚さを薄くすればＮＯ２
検出素子として高感度にてき又この厚さを選ぶことによ
り検出感度を制御することができる。

この試料でのデバイ長さは大よそ２×１０−５ｃｍであ
る。

この発明の吸着効果トランジスタの通常空気中での導電
路温度（℃）と導電路のコンダクタンス（ｍｈｏ）の関
係を示すと第４図のようになる。

第４図の曲線ＤはＡｇ０．１Ｖ１．９Ｏ５からなる導電
路の導電路温度とコンダクタンスの関係を示し、室温２
６℃、相対湿度６０％の場合のものである。

曲ＭＥは室温２６℃、相対湿度１００％の場合のもので
ある。

曲線ＦはＮＯ２からなる導電路の導電路温度とコンダク
タンスの関係を示す。

室温２６℃、相対湿度６０％の場合である。

第４図の曲線Ｄ，Ｅから明かなようにこの発明の吸着効
果トランジスタのコンダクタンスは常温での相対湿度２
０％〜１００％でふん囲気の湿度に依存せず、又ＮＯ２
に対する抵抗値変化率の湿度依存も無視できる。

被検ガス中に共存する水蒸気に影響されることなく、微
量のＮＯ２を検出できる。

又、この発明の吸着効果トランジスタのコンダクタンス
は導電路温度に依存する所が少く、電源電圧変動やふん
囲気温度変動の影響を受けることが少い。

なお、上記実施例では導電路２の途中に吸着ゲート部６
を設けているが、これは電極３を形成するためであって
、導電路２全体を厚さがデバイ長さ以下として吸着ゲー
ト部６を構成してもよいことは、前述したこの発明の作
用効果からみて明白なことである。

この発明の吸着効果トランジスタはＡｇｘＶ２−ｘＯ５
薄膜のＮＯ２の選択的吸着によるゲート作用を利用する
ことにより、空気中に微量に混在するＮＯ２の濃度を、
従来の測定法に比べて、共存する妨害ガスの影響を受け
ることなく、ふん囲気湿度、ふん囲気温度変動に影響さ
れることなく高感度に、精度良く、シかも迅速に測定で
きるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した吸着効果トランジスタの一
例を示す正面断面図、第２図はこの吸着効果トランジス
タのガス濃度と抵抗値変化率との関係を示す特性曲線図
、第３図はこの吸着効果トランジスタの電気伝導度及び
ＮＯ２による抵抗値変化率の吸着ゲート部厚さに対する
依存性を示す特性曲線図、第４図はこの吸着効果トラン
ジスタの導電路温度とコンダクタンスとの関係を示す特
性曲線図である。 １は電気絶縁性基板、２は導電路、３はソース及ドレイ
ン電極、４は引出線、５は発熱体、６は吸着ゲート部を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気絶縁性基板１の上に両端に電極３を有するＡｇ
   ｘＶ２−ｘＯ５（ｘ＝０．０１〜０．５）からなる導電
   路２を設け、この導電路２の少なくとも一部にこの導電
   路２を横断するように、厚さがデバイ長さ（１０−６〜
   １０−４ｃｍ）以下の吸着ゲート部６を設けたことを特
   徴とする吸着効果トランジスタ。