JPS59131152A - 還元性ガスセンサ - Google Patents

還元性ガスセンサ

Info

Publication number
JPS59131152A
JPS59131152A JP571183A JP571183A JPS59131152A JP S59131152 A JPS59131152 A JP S59131152A JP 571183 A JP571183 A JP 571183A JP 571183 A JP571183 A JP 571183A JP S59131152 A JPS59131152 A JP S59131152A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
reducing gas
film
thin metallic
metal
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.)
Granted
Application number
JP571183A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0358060B2 (ja
Inventor
Naoto Yamamoto
直登 山本
Hiroshi Tsubomura
坪村 宏
Hirofumi Ono
弘文 小野
Hiroshi Mihira
博 三平
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.)
ESUTETSUKU KK
Original Assignee
ESUTETSUKU KK
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 ESUTETSUKU KK filed Critical ESUTETSUKU KK
Priority to JP571183A priority Critical patent/JPS59131152A/ja
Publication of JPS59131152A publication Critical patent/JPS59131152A/ja
Publication of JPH0358060B2 publication Critical patent/JPH0358060B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/002Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the work function voltage

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はモノシラン(SiH4)−7オスフイン(P)
(3)、アルシン(AsHi)、−酸化炭素(CO) 
水素(馬)等のいわゆる還元性ガスを検出するところの
還元性ガスセンサに関する。例えば半導体製造プロセス
において使用されるガスは一般に人体に対し強い毒性或
いは爆発性を有するものが多い。還元性ガスセンサは主
にこれらのガスの漏洩警報のための検知手段として用い
られる。
この種のガス検知手段として従来は、光イオン化検出法
、炎光々度法、原子吸光法等の原理を利用したものがあ
るが、これらはいずれも価格的に非常に高く、仮に各室
毎にそれらの検知手段を設けるとなると相当な設備投資
を余儀なくされるものであるし、また一般的に応答が遅
<(20−120秒)、危険防止の面でも不充分である
という欠点がある。
一方、最近、半導体の焼結体を使用した安価な検知セン
サが市販されているが、それらは一般にガスに対する選
択性が少なく、前記PH,,A8H,。
SiH,等の半導体プロセス用ガスに適用されておらず
、又、その基本的な原理は、本質的に半導体の性質を利
用していることから、温度や湿度の影響をうけやすいと
いった欠点が多いつ 本発明はこのような点にあって、低価格で量産が可能で
あり、応答が速く、しかも温度及び湿度の影響を受けに
くいといった極めて有用な還元性ガスセンサを提供する
ものである。
次に本発明の実施例を図面に基づき説明する。
第1図は還元性ガスセンサの全体平面図、第2図は側断
面図、第3図は第1図のA−A断面図を示し、lは絶縁
性材料若しくは半導体(この実施例では半導体結晶ウェ
ハ)又は金属からなる基体で、その上に順に金属薄膜2
、絶縁性薄膜若しくは半導体薄膜3、金属薄膜4が層状
に形成されている。
5は最上層の金属薄膜4を基体lの一端まで延長して形
成したポンディングパッドで、この部分に電極リード線
6がボンディングされている。7は最下層の金属薄膜2
にボンディングされた電極リード線、8はモールディン
グ樹脂で、還元性ガスに接触する最上層の金属薄膜40
部分を残して全体を覆っている。
前記基体lは薄膜形成を容易にし、かつセンサの機械的
強度を高める機能を果す。従って、基体lの厚みはこの
観点から0.3〜3m程度とするのがよい。基体lを構
成する材料として具体的にはガラス板、石英板、アルミ
ナセラミック、シリコン結晶、銅、ニッケル、金、白金
、チタン、タンタル、モリブデン、ニオブ、アルミニウ
ム、パラジウム、合金等を用いるのが良い。金属薄膜2
は例えば金、白金、チタン、タンタル、モリブデン、ニ
オブ、アルミニウム、パラジウム、合金等で構成でき、
厚みは数ミクロンとするのがよい。
最上層の金属薄膜4も前記金属薄膜2に列挙した金属と
同じ金属を用いることができる。その場合、金属薄膜2
と同種の金属で構成してもよく、或いは異なった金属で
構成してもよい。しかし。
厚みは、還元性ガスの接触によって金属膜の仕事関数が
変化し、その結果金属−絶縁体接合の電位障壁の変化を
敏感に検知できる厚みとする必要がある。通常は100
λ〜1ミクロン程度とするのがよい。
絶縁性薄膜若しくは半導体薄膜3は、TiO□、Sin
、 、At、O,、’ra、o、、Si、N4、プラズ
マ重合膜、フタロシアニン等の絶縁材料、半導体材料で
構成できるが、膜厚はトンネル効果を生じるのに必要な
薄さとする必要がある。即ち、トンネル効果とは電位障
壁の高さよりも低い運動エネルギをもった粒子が電位障
壁を突き抜けて相手側に移動する現象をいう。粒子の移
動の度合は電位障壁の高さ及び後述するように幅に関係
する。従って本発明の場合、十分なトンネル電流値を得
るため、□及び仕事関数の変化を鋭敏にとらえるために
、絶縁性薄膜若しくけ半導体薄膜の膜厚は十分な薄さと
しなければならない。仁の膜厚は通常20人〜1μmの
範囲とすればよい。尚、薄膜3として絶縁性薄膜のみな
らず、半導体薄膜も使用可能としているのは、半導体も
トンネル効果を生じさせるのに所要の条件を備えていれ
ばその限りにおいて使用できるというのが理由であり、
半導体としての一般的特性を利用するためのものではな
い。つまり電位障壁の山が鋭く立ち上っており、その高
さがガス濃度によって鋭敏に変化しうる条件を満たすも
のであればよい。ポンディングパッド5は上記金属薄膜
4と同じ金属で構成できる。但し、厚みはリード線6の
ボンディングが可能でかつ電流損失を十分少なくできる
厚み、通常数ミクロンとする必要がある。又、このポン
ディングパッド5の下に位置する絶縁性薄膜若しくは半
導体薄膜部分9は前記薄膜3と同種材料で構成できるが
、厚みは十分厚く、通常数μmにする必要がある。ガス
接触面以外の部分で、トンネル効果によって不要な電流
が流れるのを防止するためである。モールディング樹脂
8としてはエポキシ系樹脂等が使用できる。この樹脂8
はガス接触面以外の部分をカバーすることによって、感
応部以外が雰囲気ガスもしくは湿度によって影響を受け
るのを防ぐ作用をなす。リード線6,7としては金、銅
等のボンディングが容易に行なえ、かつ電流損失の少な
い導線が用いられる。
次に上記ガスセンサの動作を説明する。先ず、金属薄膜
4にガスが接触せず、しかも両金属薄膜2,4間にバイ
アスがかかつていない場合には、第4図に示すようなエ
ネルギー状態となる。図中pfはフェルミ準位、ψ1は
金属薄膜4の電位障壁の高さ、ψ2は金属薄膜2の電位
障壁の高さである。
尚、この図は金属薄膜2と4が異種金属の場合のエネル
ギー状態を示しているが同種金属の場合はψ1=ψ2と
して同様に考えることができる。次に、上記状態で金属
薄膜2.4間に第5図(a)に示すようにバイアスを加
えると、金属薄膜4の側のフェルミレベルEfが押し上
げられ、同図(′b)に示すようなエネルギー状態とな
る。
この状態で両極間に流れるトンネル電It J 1は次
式で与えられる。
続いてこの状態において最上層の金属薄膜4に第6図(
a)に示すように還元性ガスを接触させると、該薄膜4
の表面に付着している酸素が還元性ガスによって奪い取
られるため、金属薄膜4の仕事関数が低下し、同図(b
)に示すように電位障壁がψ、からψ1′に下がる。こ
のときの電流をJ2とすると、次式であられされる。
但し、バイアス電圧Vは0〈v<γ8の範囲にあるとす
る。また、eは電子の電荷、hはブランク定数、Sは絶
縁層の厚さ、mは電子の質量である。上式において、ψ
、′以外は定数と考えられ、他方、ψ、′は還元性ガス
が金属薄膜4に接触したことを起因して変化し、しかも
ガスの接触量が多ければそれだけψ1′の変化も大きい
から、結局、式(1)と式(2)との差 bJ=J1−J、           ・・・・・・
(3)を検出することによって還元性ガスの濃度を検出
することができる。尚、詳細な説明は省略するが、バイ
アス電圧は上記とは逆極性で加えても同様にトンネル効
果によってガス濃度を検出するととができるものである
第7図から第9図に上記ガスセンサの特性を示す実測デ
ータを揚げる。第7図はトンネル効果におけるバイアス
電圧と絶縁性薄膜の抵抗率の関係を示す。このデータは
金属薄膜2としてチタン(厚さ数μ)、金属薄膜4とし
て金(厚さ200人)、絶縁性薄膜3としてTiO□を
用い、空気中で25’Cの下で実測したものである。第
8図はモノシラン(SiH4)ガスを空気中にて0〜1
00 Fまで変化させた時の電流値の実測値を示す。第
9図は空気を満たした容器内にセンサを入れ、モノシラ
ンを10〇−相当量、注射器にて採取し、容器に注入し
た時のセンサの応答特性を示す。但し、容器内はファン
にて撹拌した状態としている。
第10図は上記センサを警報器に用いる場合の構成を示
し、図中、11は還元性ガスセンサ、12はセンサ用バ
イアス電源、16はプリアンプ、17はメータドライバ
ー、18はLEDからなるレベルメータである。センサ
11で検出されるガス濃度はこのレベルメータ18によ
って概略的に指示される。19はアラームレベルに設定
された基準電圧、加はとの基′準電圧19とセンサ11
の出力信号とを比較する比較部、21はタイマー、nは
一致回路、23はブザー、Uはリレー接点等の外部回路
であり、タイマー21によって、外部ノイズ等によって
信号が現われた時に誤って警報が出ることを防ぐ。−回
信号が現われり後、タイマー21によってセットされた
一定時間後に、引き続き信号が現われておれば真の信号
と判断して警報が出される。
第11図、第12図は夫々ガスセンサの設置例を示した
もので、第11図はダクト用警報器として使用する場合
の例である。即ち、この場合はダクト25中のガスはダ
クト用プローブ26によって採取し、保護フィルタ27
を通じてガスセンサ11に供給するようにしている。図
中、器は流量制御用のキャピラリー、器は吸引ポンプで
ある。第12図はモノシランラインのシステムの中でガ
スセンサを設置する例を示したもので、(資)はモノシ
ランボンベ、31はドーピング装置、32は排ガス処理
装置である。
ガスセンサ11けボンベ庫お、クリーンルーム34とダ
クト25中のガス濃度を夫々検知している。
尚、上記実施例では基体上に順に (a)  金属薄膜 (1))  絶縁性薄膜又は半導体薄膜(e)  金属
薄膜を層状に形成しであるが、基体を金属とした場合に
は、その基体上に順に (a)  絶縁性薄膜又は半導体薄膜 (b)金属薄膜を層状に形成したものでよい。その一実
施例を第13図に示す。同図において100は基体と第
2電極とを兼ねほつリード用の脚101を備えた金網、
102は絶縁性薄膜又は半導体薄膜、103は第1電極
を構成する金属薄膜である。
本発明は上述した構成よりなるから次のような効果があ
る。
■ 絶縁材料等の基体を用い、その上に薄膜を形成する
ようにしているから、いわゆるIC製造プロセスによっ
てセンサを製造することができ、量産が可能となる。
■ 従来の半導体型検知センサのように、特性のばらつ
き、劣化現象を生じることがない。
■ 第9図に示したように応答が速いだめ、効果的に危
険防止措置をとるととができ、ガス漏洩警報器の検知手
段として極めて有用である。
■ 2つの金属薄膜間に加えるバイアス電工は逆極性に
してもガス検知を行なえるので、非常に使いやすい。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例を示し、第1図は全体平面図、第
2図は全体側面断面図、第3図は第1図のA−A断面図
、第4図乃至第6図は動作原理を説明する図、第7図乃
至第9図はセンサの各特性を示す図、第10図は本発明
センサを用いた警報器の構成例を示すブロック図、第1
1図、第12図は本発明センサの設置例を示す図、第1
3図は本発明の別実施例を示す要部断面図である。 1 、100・・・基体、2・・・金属薄膜、3 、1
02・・・絶縁性薄膜若しくは半導体薄膜、4 、10
3・・・最上層の金属薄膜。 自発手続補正書 昭和58年2月17日 1、事件の表示 昭和58年特 許 願第5711  号2、発明の名称
  還元性ガスセンサ 3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 京都市南区吉祥院宮の来町2香地氏 名(名称
)株式会社スタンダードテクノロジ代表者堀場雅夫 4、代理人 別紙の通り提出致します。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  絶縁性材料もしくは半導体もしくは金属を基
    体として、その上に順に (a)  金属薄膜 (b)絶縁性薄膜又は半導体薄膜 (0)  金属薄膜 、を層状に形成した構造からなり、最上層の金属薄膜に
    還元性ガスが接触することによる仕事関数の変化からガ
    スの濃度を検知することを特徴とする還元性ガスセンサ
  2. (2)金属を基体として、その上に順に(a)  絶縁
    性薄膜又は半導体薄膜 (b)  金属薄膜 を層状に形成した構造からなり、最上層の金属薄膜に還
    元性ガスが接触することによる仕事関数の変化からガス
    の濃度を検知することを特徴とする還元性ガスセンサ
JP571183A 1983-01-16 1983-01-16 還元性ガスセンサ Granted JPS59131152A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP571183A JPS59131152A (ja) 1983-01-16 1983-01-16 還元性ガスセンサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP571183A JPS59131152A (ja) 1983-01-16 1983-01-16 還元性ガスセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59131152A true JPS59131152A (ja) 1984-07-27
JPH0358060B2 JPH0358060B2 (ja) 1991-09-04

Family

ID=11618700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP571183A Granted JPS59131152A (ja) 1983-01-16 1983-01-16 還元性ガスセンサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59131152A (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61117443A (ja) * 1984-11-14 1986-06-04 Mitsui Toatsu Chem Inc ガス状水素化物の検知方法
JPS61116651A (ja) * 1984-11-13 1986-06-04 Mitsui Toatsu Chem Inc ガス状水素化物の検出方法
EP0488352A2 (en) * 1990-11-30 1992-06-03 Mitsui Mining Company, Limited Semiconductor gas sensor
EP0658761A1 (en) * 1993-12-06 1995-06-21 Motorola Inc. Gas vapor sensor element and method of forming
WO2006083095A1 (en) * 2005-02-05 2006-08-10 Seung Hyuk Park A displacement response sensor by pushing contact
KR100794726B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
KR100794725B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
KR100794724B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
KR100794723B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
CN103760200A (zh) * 2014-01-20 2014-04-30 吉林大学 一种离子型气敏材料分析装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5670448A (en) * 1979-11-14 1981-06-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Oxygen sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5670448A (en) * 1979-11-14 1981-06-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Oxygen sensor

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61116651A (ja) * 1984-11-13 1986-06-04 Mitsui Toatsu Chem Inc ガス状水素化物の検出方法
JPH053906B2 (ja) * 1984-11-13 1993-01-18 Mitsui Toatsu Chemicals
JPS61117443A (ja) * 1984-11-14 1986-06-04 Mitsui Toatsu Chem Inc ガス状水素化物の検知方法
JPH053907B2 (ja) * 1984-11-14 1993-01-18 Mitsui Toatsu Chemicals
EP0488352A2 (en) * 1990-11-30 1992-06-03 Mitsui Mining Company, Limited Semiconductor gas sensor
EP0488352A3 (en) * 1990-11-30 1994-10-26 Mitsui Mining Co Ltd Semiconductor gas sensor
EP0658761A1 (en) * 1993-12-06 1995-06-21 Motorola Inc. Gas vapor sensor element and method of forming
WO2006083095A1 (en) * 2005-02-05 2006-08-10 Seung Hyuk Park A displacement response sensor by pushing contact
GB2438992A (en) * 2005-02-05 2007-12-12 Seung Hyuk Park A displacement response sensor by pushing contact
GB2438992B (en) * 2005-02-05 2009-09-30 Seung Hyuk Park A flexible displacement sensor using pressure-sensitive conductive material and voltage comparison circuitry
KR100794726B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
KR100794725B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
KR100794724B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
KR100794723B1 (ko) * 2007-10-12 2008-01-21 박승혁 접촉눌림에 의한 변위감응센서
CN103760200A (zh) * 2014-01-20 2014-04-30 吉林大学 一种离子型气敏材料分析装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0358060B2 (ja) 1991-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chung et al. Tin oxide microsensor for LPG monitoring
EP0265834B1 (en) Sensor and method of producing same
US8034650B2 (en) Fabrication method for a room temperature hydrogen sensor
EP0488503B1 (en) Gas sensor
US6539774B1 (en) Thin film metal hydride hydrogen sensor
Gardner et al. Integrated tin oxide odour sensors
JPS59131152A (ja) 還元性ガスセンサ
US20100005853A1 (en) Continuous Range Hydrogen Sensor
CN106093138B (zh) 通过金属氧化物检测气体的传感器的制造方法及传感器
EP1616172A1 (en) A thin semiconductor film gas sensor device
Mizsei et al. Resistivity and work function measurements on Pd-doped SnO2 sensor surface
US5386715A (en) Gas vapor sensor
US4356150A (en) Humidity sensor with electrical rejection of contaminants
US4947688A (en) Flow velocity sensor
CN107356637A (zh) 环境传感器的制造方法及使用该方法制造的环境传感器
CN112114005A (zh) 氢传感器及其生产方法、测量装置、和氢浓度的测量方法
JPH0249466B2 (ja)
CN106082102A (zh) 集成温度湿度气体传感的传感器电路制造方法及传感器
JPH0633410Y2 (ja) ガスセンサ
JPH0580008A (ja) 「薄膜タイプの接合型化学センサ」及びそれを用いた試料の検出方法
JPH0340817B2 (ja)
JPS6040945A (ja) 半導体ガスセンサ
JPS63201559A (ja) 検知素子
JPH0810202B2 (ja) ガス検知方法
JP3035368B2 (ja) ガスセンサの製造方式